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发表于 2024-10-27 13:59:25
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太阳
太阳系的中心天体,离地球最近的恒星。太阳从中心向外可分为核反应区、辐射区、对流层和大气层。我们直接观测到的是太阳大气层,从内向外分为光球、色球和日冕3层。核反应区半径约是太阳半径的1/4,其间进行的氢核聚变提供了太阳经久不衰的巨大辐射的能源。在辐射区内,通过光子的多次吸收、再发射过程把核反应区发射的高能γ射线变成低能的可见光和其他形式向外传送到对流层。对流层里物质的对流、湍流(及湍流产生的噪声)和大尺度的环流把太阳内部的能量传输到太阳表面,并通过光球辐射出去。日面许多现象,如米粒、超米粒、黑子等都产生于对流层。而外层大气里的一些剧烈活动(耀斑、冲浪、日珥的变化等)及太阳风等的动力也来自对流层。
太阳是一个发光的等离子体球。它的年龄约50亿年,现正处于“中年阶段”。太阳离地球的平均距离为1.49598×108千米。太阳主要的参数是:半径为6.96×105千米,质量为1.989×1030千克;表面有效温度为5770K,中心温度约1.5×107K;平均密度1.409×103千克/米3,中心密度约1.6×105千克
太阳是自己发光发热的炽热的气体星球。它表面的温度约6000摄氏度,中心温度高达1500万摄氏度。太阳的半径约为696000公里,约是地球半径的109倍。它的质量为1.989×1027吨,约是地球的332000倍。太阳的平均密度为1.4克每立方厘米,约为地球密度的1/4。太阳与我们地球的平均距离约1.5亿公里。
太阳是银河系中的一颗普通恒星,位于银道面之北的猎户座旋臂上,距银心约2.3光年,它以每秒250公里的速度绕银心转动,公转一周约需2.5亿年。太阳也在自转,其周期在日面赤道带约25天;两极区约为35天。
通过对太阳光谱的分析,得知太阳的化学成分与地球几乎相同,只是比例有所差异。太阳上最丰富的元素是氢,其次是氦,还有碳、氮、氧和各种金属。
太阳的结构
太阳的结构从里向外主要分为:中心为热核反应区,核心之外是辐射层,辐射层外为对流层,对流层之外是太阳大气层。
从核物理学理论推知,太阳中心是热核反应区。太阳中心区占整个太阳半径的1/4,约为整个太阳质量的一半以上。这表明太阳中心区的物质密度非常高。每立方厘米可达160克。太阳在自身强大重力吸引下,太阳中心区处于高密度、高温和高压状态。是太阳巨大能量的发祥地。
太阳中心区产生的能量的传递主要靠辐射形式。太阳中心区之外就是辐射层,辐射层的范围是从热核中心区顶部的0.25个太阳半径向外到0.86个太阳半径,这里的温度、密度和压力都是从内向外递减。从体积来说,辐射层占整个太阳体积的绝大部分。
太阳内部能量向外传播除辐射,还有对流过程。即从太阳0.86个太阳半径向外到达太阳大气层的底部,这一区间叫对流层。这一层气体性质变化很大,很不稳定,形成明显的上下对流运动。这是太阳内部结构的最外层。太阳对流层外是太阳大气层。太阳大气层从里向外又可分光球、色球和日冕。我们看到耀眼的太阳,就是太阳大气层中光球发出的强烈的可见光。光球层位于对流层之外,属太阳大气层中的最低层或最里层,光球层的厚度约500公里,与约70万公里的太阳半径相比,好似人的皮肤和肌肉之比。我们说太阳表现的平均温度约6000摄氏度,指的就是这一层。光球之外便是色球。平时由于地球大气把强烈的光球可见散射开,色球便被淹没在蓝天之中。只有在日全食的时候才有机会直接饱览色球红艳的姿容。太阳色球是充满磁场的等离子体层,厚约2500公里。其温度从里向外增加,与光球顶衔接的部分约4500摄氏度,到外层达几万摄氏度。密度则随高度增加而减低。整个色球层的结构不均匀,由于磁场的不稳定性,太阳高层大气经常产生爆发活动,产生耀斑现象。
日冕是太阳大气的最外层。日冕中的物质也是等离子体,它的密度比色球层更低,而它的温度反比色球层高,可达上百万摄氏度。日全食时在日面周围看到放射状的非常明亮的银白色光芒即是日冕。
太阳的能量
地球上除原子能和火山、地震以外,太阳能是一切能量的总源泉。那么,整个地球接收的有多少呢?太阳发射出大的能量呢?科学家们设想在地球大气层外放一个测量太阳总辐射能量的仪器,在每平方厘米的面积上,每分钟接收的太阳总辐射能量为8.24焦。这个数值叫太阳常数。如果将太阳常数乘上以日地平均距离作半径的球面面积,这就得到太阳在每分钟发出的总能量,这个能量约为每分钟2.273×1028焦。而地球上仅接收到这些能量的22亿分之一。太阳每年送给地球的能量相当于100亿亿度电的能量。太阳能取之不尽,用之不竭,又无污染,是最理想的能源。
太阳黑子
通过一般光学望远镜观测太阳,观测到的是光球层(太阳大气层的最里层)的活动。在光球上经常可以看到许多黑色斑点,叫太阳黑子。太阳黑子在日面上的大小、多少、位置和形态等,每日都不一样。太阳黑子是光球层物质剧烈运动形成的局部强磁场区域,是光球层活动的重要标志。长期观测太阳黑子就会发现,有的年份黑子多,有的年份黑子少,有时甚至几天,几十天日面上都没有黑子。天文学家们早已注意到,太阳黑子从最多(或最少)的年份到下一次最多(或最少)的年份,大约相隔11年。也就是说,太阳黑子有平均11的活动周期,这也是整个太阳的活动周期。天文学家把太阳黑了最多的年份称为“太阳活动峰年”,把太阳黑子最少的年份称为“太阳活动宁静年”。
太阳耀斑
太阳耀斑是一种最剧烈的太阳活动。一般认为发生在色球层中,所以也叫“色球爆发”。其主要观测特征是,日面上(常在黑子群上空)突然出现迅速发展的亮斑闪耀,其寿命仅在几分钟到几十分钟之间,亮度上升迅速,下降较慢。特别是在太阳活动峰年,耀斑出现频繁且强度变强。
别看它只是一个亮点,一旦出现,简直是一次惊天动地的大爆发。这一增亮释放的能量相当于10万至100万次强火山爆发的总能量,或相当于上百亿枚百吨级氢弹的爆炸;而一次较大的耀斑爆发,在一二十分钟内可释放10~25焦耳的巨大能量,
除了日面局部突然增亮的现象外,耀斑更主要表现在从射电波段直到X射线的辐射通量的突然增强;耀斑所发射的辐射种类繁多,除可见光外,有紫外线、X射线和伽玛射线,有红外线和射电辐射,还有冲击波和高能粒子流,甚至有能量特高的宇宙射线。
耀斑对地球空间环境造成很大影响。太阳色球层中一声爆炸,地球大气层即刻出现缭绕余音。耀斑爆发时,发出大量的高能粒子到达地球轨道附近时,将会严重危及宇宙飞行器内的宇航员和仪器的安全。当耀斑辐射来到地球附近时,与大气分子发生剧烈碰撞,破坏电离层,使它失去反射无线电电波的功能。无线电通信尤其是短波通信,以及电视台、电台广播,会受到干扰甚至中断。耀斑发射的高能带电粒子流与地球高层大气作用,产生极光,并干扰地球磁场而引起磁暴。
此外,耀斑对气象和水文等方面也有着不同程度的直接或间接影响。正因为如此,人们对耀斑爆发的探测和预报的关切程度与日俱增,正在努力揭开耀斑迷宫的奥秘。
传说,第二次世界大战时,有一天,德国前线战事吃紧,后方德军司令部报务员布鲁克正在繁忙地操纵无线电台,传达命令。突然,耳机里的声音没有了。他检查机器,电台完整无损;拨动旋钮,改变频率,仍然无济于事。结果,前线推动联系,像群龙无首似的陷入一片混乱,战役以失败而告终。布鲁克因此受到军事法庭判处死刑。他仰天呼喊“冤枉!冤枉!” 后来查清,这次无线电中断,“罪魁祸首”是耀斑。布鲁克的死,实在冤枉。他的死,在于人们当时对耀斑还不了解。
光斑(谱斑)
太阳光球层上比周围更明亮的斑状组织。用天文望远镜对它观测时,常常可以发现:在光球层的表面有的明亮有的深暗。这种明暗斑点是由于这里的温度高低不同而形成的,比较深暗的斑点叫做“太阳黑子”,比较明亮的斑点叫做“光斑”。光斑常在太阳表面的边缘“表演”,却很少在太阳表面的中心区露面。因为太阳表面中心区的辐射属于光球层的较深气层,而边缘的光主要来源光球层较高部位,所以,光斑比太阳表面高些,可以算得上是光球层上的“高原”。
光斑也是太阳上一种强烈风暴,天文学家把它戏称为“高原风暴”。不过,与乌云翻滚,大雨滂沱,狂风卷地百草折的地面风暴相比,“高原风暴”的性格要温和得多。光斑的亮度只比宁静光球层略强一些,一般只大10%;温度比宁静光球层高300℃。许多光斑与太阳黑子还结下不解之缘,常常环绕在太阳黑子周围“表演”。少部分光斑与太阳黑子无关,活跃在70°高纬区域,面积比较小,光斑平均寿命约为15天,较大的光斑寿命可达三个月。
光斑不仅出现在光球层上,色球层上也有它活动的场所。当它在色球层上“表演”时,活动的位置与在光球层上露面时大致吻合。不过,出现在色球层上的不叫“光斑”,而叫“谱斑”。实际上,光斑与谱斑是同一个整体,只是因为它们的“住所”高度不同而已,这就好比是一幢楼房,光斑住在楼下,谱斑住在楼上。
米粒组织
米粒组织是太阳光球层上的一种日面结构。呈多角形小颗粒形状,得用天文望远镜才能观测到。米粒组织的温度比米粒间区域的温度约高300℃,因此,显得比较明亮易见。虽说它们是小颗粒,实际的直径也有1000公里--2000公里。
明亮的米粒组织很可能是从对流层上升到光球的热气团,不随时间变化且均匀分布,且呈现激烈的起伏运动。米粒组织上升到一定的高度时,很快就会变冷,并马上沿着上升热气流之间的空隙处下降;寿命也非常短暂,来去匆匆,从产生到消失,几乎比地球大气层中的云消烟散还要快,平均寿命只有几分钟,此外,近年来发现的超米粒组织,其尺度达3万公里左右,寿命约为20小时。
有趣的是,在老的米粒组织消逝的同时,新的米粒组织又在原来位置上很快地出现,这种连续现象就像我们日常所见到的沸腾米粥上不断地上下翻腾的热气泡。
太阳活动--日珥
日珥是突出在日面边缘外面的一种太阳活动现象。日珥出现时,大气层的色球酷似燃烧着的草原,玫瑰红色的舌状气体如烈火升腾,形状千资百态,有的如浮云,有的似拱桥,有的像喷泉,有的酷似团团草丛,有的美如节日礼花,而整体看来它们的形状恰似贴附在太阳边缘的耳环,由此得名为“日珥”。
日珥的上升高度约几万公里,大的日珥可高于日面几十万公里,一般长约20万公里,个别的可达150万公里。日珥的亮度要比太阳光球层暗弱得多,所以平时不能用肉眼观测到它,只有在日全食时才能直接看到。
日珥是非常奇特的太阳活动现象,其温度在5000~8000K之间,大多数日珥物质升到一定高度后,慢慢地降落到日面上,但也有一些日珥物质漂浮在温度高达200万K的日冕低层,即不附落,也不瓦解,就像炉火熊熊的炼钢炉内居然有一块不化的冰一样奇怪,而且,日珥物质的密度比日冕高出1000~10000倍,两者居然能共存几个月,实在令人费解。
冲浪
冲浪又称“日浪”。太阳光球层物质的一种抛射现象。通常发生在太阳黑子上空,具有很强的重复出现的本领,当一次冲浪沿上升的路径下落后,又会触发新的冲浪腾空而起,如此重复不断,但其规模和高度则一次比一次小,直至消失。
位于日面边缘的冲浪表现为一个小而明亮的小丘,顶部以尖钉形状向外急速增长。上升的高度各不相等,小冲浪只有区区几百公里,大冲浪则可达5000公里,最大的竟达1~2万公里。抛射的最大速度每秒可达100~200公里,要比最快的侦察机快100多倍。当它们到达最高点后,受太阳引力的影响,便开始下降,直至返回到太阳表面。人们从高分辩率的观测资料中发现,冲浪是由非常小的一束纤维组成,每条纤维间相距很小,作为整体一起发亮,一起运动。
针状物
在色球上更普遍存在的是无数针状的称为“针状物”的高温等离子体的小日珥,观察日轮边缘,可看到许多细小而明亮的“火舌”,宛如在日面上簇簇燃烧着的草丛。针状物宽度约800公里,高度4400~9800公里,平均寿命约5分钟。
在色球层中部,针状物数目约25万个;在离日面3000公里处,则减少到9.3万个;在离日面1.5万公里只剩下约200来个。针状物以约25公里每秒的速度从色球层喷出,有的匀速上升,有的跳跃上升,升到一定高度,受太阳引力影响,开始下降。
20世纪70年代中期,美国发射的“天空实验室”发现超针状物现象,宽度1.8万公里,高度4.3万公里,都比普通针状物大10来倍。超针状物能上升到3.5万公里的高度,窜到日冕区游荡一阵后,再落回色球层,存在时间长达40分钟
太阳是银河系中极其普通、极不显眼的一颗恒星。拥有9个行星、数十个卫星其它一些小型天体。在太阳的第3个行星上诞生了生命。
作为太阳系中最大的天体,太阳拥有太阳系全部质量的99.8%。109个地球才能填满太阳的横截面,而它的内部则能容纳130万个以上的地球。我们看到的太阳其实只是它表面的光球层,温度约为6000摄氏度,属比较“凉爽”部分。光球层非常活跃,在其表面可以看到许多极富戏剧性的特征。
太阳的能源来自于其核心部分。太阳内核的温度高达1500万摄氏度,压力超过地球气压的340亿倍。内核的气体密度极高,是水的150倍。太阳每秒钟向外辐射约28600亿亿兆瓦的能量,这么高的能量是由其内核的核聚变反应产生的。在聚变中,四个质子聚合成一个氦原子核。氦原子核的质量比四个质子小0.7%,失去的质量转换成了能量,以伽玛射线的形式被释放到太阳的表面,并向宇宙空间辐射出去。太阳每秒钟约有七亿吨的氢被转化成氦。在此过程中,约有五百万吨的净能量被释放。能量在对流过程中不断地发出光和热,使太阳发光。从太阳内核释放出的能量需要经过几百万年才能到达表面。
从人类赖以生息繁衍的地球向外看,天空最引人注目的就是给人类光明和温暖的、灿烂辉煌的太阳。太阳是一颗自己能发光发热的气体星球。人们看到的太阳表面叫光球层,在光球层的某些部位,局部温度比周围低,在可见光范围内这些部位显得比其它部位黑暗,人们称之为“黑子”。光球层外面是色球层。太阳能量通过这一层自内核向外传递。在这一层可以见到太阳耀斑。耀斑是太阳黑子形成之前在色球层产生的灼热氢云。
太阳大气的最外层是日冕。日冕非常庞大,可以向太空绵延数百万公里。人们可以在这一日冕中看到“日饵”:日饵是色球层上部产生的巨大火焰。人们仅在日全食的时候可以见到日冕。
除了光和热,太阳也向宇宙空间辐射一种低密度的粒子流——太阳风。太阳风以每秒450公里的速度在太阳系中驰骋。太阳风异常强大时便形成了太阳风暴,它会对人类的无线电通讯造成影响。地球和其他一些行星两极的极光也是太阳风带来的。太阳的磁场极其强大且极其复杂,其磁层范围甚至越过了冥王星的轨道。
太阳已经46亿岁了,现在已步入中年。它还可以继续平静地燃烧约50亿年。太阳在临终时,内部的氦将转变成更重的元素,亮度会增加到现在的一倍,体积也将不断膨胀,所有近日行星包括地球都将融入它的怀抱。这时的太阳将变得十分不稳定,在它周围会出现一个新的行星状星云。这为新太阳系的诞生创造了条件。在经历一亿年的红巨星阶段后,太阳将耗尽它所有的能量而猛然坍缩成一颗白矮星。几万亿年后,它最终将在黑暗中完全冷却。
太阳是银河系中极其普通、极不显眼的一颗恒星。拥有9个行星、数十个卫星其它一些小型天体。在太阳的第3个行星上诞生了生命。
作为太阳系中最大的天体,太阳拥有太阳系全部质量的99.8%。109个地球才能填满太阳的横截面,而它的内部则能容纳130万个以上的地球。我们看到的太阳其实只是它表面的光球层,温度约为6000摄氏度,属比较“凉爽”部分。光球层非常活跃,在其表面可以看到许多极富戏剧性的特征。
太阳的能源来自于其核心部分。太阳内核的温度高达1500万摄氏度,压力超过地球气压的340亿倍。内核的气体密度极高,是水的150倍。太阳每秒钟向外辐射约28600亿亿兆瓦的能量,这么高的能量是由其内核的核聚变反应产生的。在聚变中,四个质子聚合成一个氦原子核。氦原子核的质量比四个质子小0.7%,失去的质量转换成了能量,以伽玛射线的形式被释放到太阳的表面,并向宇宙空间辐射出去。太阳每秒钟约有七亿吨的氢被转化成氦。在此过程中,约有五百万吨的净能量被释放。能量在对流过程中不断地发出光和热,使太阳发光。从太阳内核释放出的能量需要经过几百万年才能到达表面。
从人类赖以生息繁衍的地球向外看,天空最引人注目的就是给人类光明和温暖的、灿烂辉煌的太阳。太阳是一颗自己能发光发热的气体星球。人们看到的太阳表面叫光球层,在光球层的某些部位,局部温度比周围低,在可见光范围内这些部位显得比其它部位黑暗,人们称之为“黑子”。光球层外面是色球层。太阳能量通过这一层自内核向外传递。在这一层可以见到太阳耀斑。耀斑是太阳黑子形成之前在色球层产生的灼热氢云。
太阳大气的最外层是日冕。日冕非常庞大,可以向太空绵延数百万公里。人们可以在这一日冕中看到“日饵”:日饵是色球层上部产生的巨大火焰。人们仅在日全食的时候可以见到日冕。
除了光和热,太阳也向宇宙空间辐射一种低密度的粒子流——太阳风。太阳风以每秒450公里的速度在太阳系中驰骋。太阳风异常强大时便形成了太阳风暴,它会对人类的无线电通讯造成影响。地球和其他一些行星两极的极光也是太阳风带来的。太阳的磁场极其强大且极其复杂,其磁层范围甚至越过了冥王星的轨道。
太阳已经46亿岁了,现在已步入中年。它还可以继续平静地燃烧约50亿年。太阳在临终时,内部的氦将转变成更重的元素,亮度会增加到现在的一倍,体积也将不断膨胀,所有近日行星包括地球都将融入它的怀抱。这时的太阳将变得十分不稳定,在它周围会出现一个新的行星状星云。这为新太阳系的诞生创造了条件。在经历一亿年的红巨星阶段后,太阳将耗尽它所有的能量而猛然坍缩成一颗白矮星。几万亿年后,它最终将在黑暗中完全冷却。
半径:695,000 km
质量:200亿亿亿吨
大气成分:氢
对地球引力:350000亿亿吨
自转周期:25-36地球日
能量:38260000亿亿千瓦 或 50000000亿亿马力
温度:内部:15万度 表面:6000度
内部压力:900亿个大气压
密度: 160克/立方厘米
年龄: 50亿年
太阳是一颗自己能发光发热的气体星球。人们看到的太阳表面叫光球。光球以上的部分是色球层,色球层的外围是日冕层。这样三个层面合起来构成了太阳的大气层。太阳的直径约为140万千米,地球的直径约为1.3万千米,太阳与地球相比,太阳的直径是地球直径的109倍。109的立方,约为1300000。那么,太阳的体积大约是地球体积的130万倍。
太阳不存在固态表层,它不会像地球那样整体自转。太阳赤道部分的自转周期最短,约25日;纬度40度处约27日;75度处约33日;两极处的推算结果是37日。一般以日面纬度17度处的自转周期,称为“太阳自转恒星周期”,它是25.38日。由于我们是在又自转、又公转的地球上看太阳自转,我们看到日面17度处的自转周期就是27.275日,天文学术语把这个周期称为“太阳自转会合周期”。 |
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