太阳辐射压

太阳辐射压是太阳发出的电磁辐射（主要是光）照射在物体表面时，所产生的微小压力。

1. 物理本质：光子的动量传递

   • 根据现代物理学，光具有波粒二象性。我们可以将光看作是由无数个被称为“光子”的粒子流。
   • 每个光子都携带一份微小的能量和动量。光子的动量（p）与其波长（λ）相关，公式为 p = h/λ，其中 h 是普朗克常数。
   • 当一个光子撞击到一个物体表面并被吸收或被反射时，根据动量守恒定律，它的动量就会转移给该物体。大量光子持续不断的动量传递，在宏观上就体现为一种持续的压力，这就是辐射压。

2. 影响因素

   • 太阳辐射强度：辐射压力与太阳辐射的强度成正比。离太阳越近，辐射强度越大，辐射压也越强。
   • 物体的横截面积：物体迎向太阳的有效面积越大，接收到的光子就越多，受到的辐射压力也越大。
   • 物体的表面性质：
     • 完全吸收：如果物体表面是理想的黑色，完全吸收所有光子，那么它获得的动量来自于光子的全部动量。
     • 完全反射：如果物体表面像一面完美的镜子，将光子全部反射回去，那么光子动量的改变量是吸收情况下的两倍（因为动量方向发生了逆转），因此物体受到的辐射压力也是完全吸收时的两倍。
   • 在现实中，大多数物体介于完全吸收和完全反射之间。

3. 在太阳系中的表现与效应

   • 对微小粒子的显著影响：虽然太阳辐射压非常微弱，在地球上我们几乎无法感知，但它对太阳系中的微小粒子（如星际尘埃、彗星尘埃尾）会产生显著影响。
     • 彗尾的形成：彗星靠近太阳时，受热释放出大量的气体和尘埃。太阳辐射压会将这些微小的尘埃粒子推开，形成一条明亮、宽阔且常常是弯曲的“尘埃尾”，这条尾巴的方向总是背离太阳。
   • 坡印廷-罗伯逊效应：这是一个由太阳辐射压引起的、对绕太阳运动的小颗粒（如星际尘埃、小行星碎片）的重要轨道效应。对于一颗在轨道上运动的尘埃颗粒，从它自身参考系来看，它会感受到一个来自其运动前方（即它轨道速度方向）的、微弱的“太阳风”。这个效应等效于一个持续不断的阻力，会消耗掉颗粒的轨道能量和角动量，导致其轨道不断衰减，最终螺旋式地坠入太阳。这个效应是清理内太阳系空间尘埃的主要机制之一。
   • 太阳帆技术：人类正在积极研究利用太阳辐射压作为动力的“太阳帆”航天器。太阳帆是一面巨大的、超薄的、高反射性的薄膜。当太阳光照射到帆面上并反射时，会产生持续的、微小的推力。虽然起步很慢，但这种推力可以持续不断，无需携带任何燃料，理论上能使航天器加速到极高的速度，非常适合执行长期的深空探测任务。