Đo nhiệt độ Mặt trời như thế nào?

Từ rất sớm, nhà thiên văn Nga Sailasji từng thực hiện một thí nghiệm rất thú vị. Ông dùng một thấu kính lõm đường kính 1 m hướng về Mặt Trời, tại tiêu điểm của kính thu được ảnh Mặt Trời chỉ to bằng đồng xu. Khi đặt một miếng kim loại vào tiêu điểm ấy, miếng kim loại nhanh chóng cong lại rồi nóng chảy. Ông phát hiện nhiệt độ tại tiêu điểm khoảng 3.500 °C. Giáo sư Sailasji cho rằng, dù thế nào thì nhiệt độ trên Mặt Trời cũng không thể thấp hơn 3.500 °C.

Thí nghiệm của Sailasji không chỉ giúp hé mở bí ẩn về nhiệt độ Mặt Trời, mà còn gợi ra một hướng quan trọng: có thể tìm hiểu nhiệt độ Mặt Trời thông qua bức xạ của nó.

Mặt Trời không ngừng phát sáng và tỏa nhiệt vào không gian xung quanh. Nhưng đến tận đầu thế kỷ XIX, người ta vẫn chưa biết nhiệt lượng bức xạ của Mặt Trời là bao nhiêu. Đến thập kỷ 30 của thế kỷ XIX, người ta tiến hành một thí nghiệm khác. Kết quả cho thấy ở rìa bầu khí quyển quanh Trái Đất, trên diện tích 1 cm2 mỗi phút có thể thu được 8,15 jun nhiệt lượng. Đại lượng này được gọi là “hằng số Mặt Trời”.

Nhiệt lượng Trái Đất nhận được chỉ là một phần rất nhỏ trong tổng bức xạ của Mặt Trời. Mỗi giây, Mặt Trời phát vào không gian khoảng 380 triệu tỉ tỉ jun. Nếu chia con số này cho diện tích bề mặt Mặt Trời, ta có thể biết rằng trên mỗi 1 cm2 bề mặt Mặt Trời, trong một phút bức xạ ra khoảng 6000 jun năng lượng.

Chỉ biết lượng bức xạ của bề mặt Mặt Trời vẫn chưa đủ để xác định nhiệt độ của nó. Cần biết thêm mối quan hệ giữa tổng lượng bức xạ và nhiệt độ. Giữa thế kỷ XIX, mối quan hệ này vẫn chưa được hiểu rõ, vì vậy các phép tính nhiệt độ Mặt Trời khi ấy rất thiếu chính xác: có người cho là 1500 °C, cũng có người nói từ 500 triệu đến 1 tỉ °C.

Năm 1879, nhà vật lý người Áo Sterfan chỉ ra rằng bức xạ của vật thể tỉ lệ với lũy thừa bậc 4 của nhiệt độ. Dựa vào mối quan hệ này cùng các kết quả đo bức xạ Mặt Trời, người ta tính được nhiệt độ bề mặt Mặt Trời khoảng 6000 độ.

Nhiệt độ Mặt Trời còn có thể được suy ra từ màu sắc của nó. Khi một miếng kim loại được nung nóng trong lò, màu sắc của nó thay đổi theo nhiệt độ: ban đầu đỏ sẫm, sau đó chuyển sang đỏ tươi, vàng da cam... Vì vậy, một vật thể bị nung nóng đến mỗi màu nhất định sẽ tương ứng với một mức nhiệt độ nhất định.

Mặt Trời có màu vàng kim. Nếu tính đến sự hấp thu của khí quyển Trái Đất, màu sắc ấy tương ứng với nhiệt độ khoảng 6000 °C.

Cần nói rõ rằng nhiệt độ Mặt Trời mà ta thường nhắc đến là nhiệt độ của tầng sáng trên bề mặt Mặt Trời. Ở trung tâm Mặt Trời, nhiệt độ cao hơn nhiều, ước khoảng 15 triệu °C.