Đo nhiệt độ Mặt trời như thế nào?

Từ rất sớm nhà thiên văn Nga Sailasji đã từng làm một thí nghiệm rất lý thú. Ông dùng một thấu kính lõm đường kính 1 m hướng về Mặt Trời, ở tiêu điểm của kính nhận được một ảnh Mặt Trời to bằng đồng xu. Khi ông đặt một miếng kim loại vào tiêu điểm của kính lõm, miếng kim loại rất nhanh bị uốn cong rồi nóng chảy. Ông phát hiện nhiệt độ ở tiêu điểm khoảng 3.500 °C. Giáo sư Sailasji cho rằng nhiệt độ trên Mặt Trời dù sao cũng không thể thấp hơn 3.500 °C.

Thí nghiệm của Sailasji không những làm sáng tỏ câu đố về nhiệt độ Mặt Trời mà đồng thời còn cung cấp cho ta một gợi ý quan trọng: nhiệt độ Mặt Trời có thể tìm được thông qua bức xạ của nó.

Mặt Trời không ngừng chiếu sáng và phát nhiệt trong không gian quanh nó, nhưng mãi đến đầu thế kỷ XIX người ta còn chưa biết được nhiệt lượng bức xạ của Mặt Trời là bao nhiêu. Thập kỷ 30 của thế kỷ XIX người ta lại tiến hành một lần thí nghiệm khác. Kết quả chứng tỏ, ở vùng biên bầu khí quyển quanh mặt đất, trên diện tích 1 cm2 mỗi phút có thể thu được một nhiệt lượng là 8,15 jun. 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. Mặt Trời mỗi giây phát vào trong không gian khoảng 380 triệu tỉ tỉ jun. Nếu chia con số này cho diện tích bề mặt Mặt Trời thì ta có thể biết được: trên diện tích 1 cm2 của bề mặt Mặt Trời mỗi phút bức xạ một năng lượng khoảng 6000 jun.

Chỉ biết được lượng bức xạ của bề mặt Mặt Trời vẫn chưa thể biết được nhiệt độ của Mặt Trời mà còn phải biết được mối quan hệ giữa tổng lượng bức xạ với nhiệt độ của nó. Giữa thế kỷ XIX, người ta còn chưa biết được mối quan hệ này, vì vậy hồi đó tính nhiệt độ Mặt Trời không chính xác, có người cho rằng nó là 1500 °C, có người nói từ 500 triệu đến 1 tỉ °C.

Năm 1879 nhà vật lý úc Sterfan đã chỉ rõ sự bức xạ của vật thể tỉ lệ với luỹ thừa 4 nhiệt độ của nó. Căn cứ mối quan hệ này và những kết quả đo bức xạ Mặt Trời có thể tính ra nhiệt độ bề mặt của Mặt Trời khoảng 6000 độ.

Nhiệt độ của Mặt Trời còn có thể căn cứ vào màu sắc của nó để tính ra. Khi một miếng kim loại được gia nhiệt trong lò, cùng với nhiệt độ tăng cao màu sắc của nó cũng không ngừng biến đổi: ban đầu là màu đỏ sẫm, sau đó biến thành màu đỏ tươi, vàng da cam, v.v.. Do đó khi một vật thể bị nung nóng thì mỗi loại màu có một nhiệt độ tương ứng nhất định. Ví dụ:

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

Cần chỉ rõ rằng: nhiệt độ Mặt Trời thông thường mà ta nói đến đều là nhiệt độ tầng sáng bề mặt của Mặt Trời. Còn ở trung tâm thì nhiệt độ cao hơn nhiều, ước khoảng 15 triệu °C.