光球

太阳光球层
 太阳光球层
  光球是恒星向外辐射出光线的区域。它从天体的表面向内延伸,直到气体变得不透明的区域,大约相当于光深度(光的减弱距离以自然对数形式表示)2/3的位置。换言之,光球是天体外层对普通的光线透明,光子的平均散射次数小于1的区域。恒星辐射的总能量相当于在该半径处气体辐射的总能量。由于恒星没有固体的表面(除了中子星),光球通常指的就是太阳恒星可以被看见的视觉表面。这个字的英文源自古希腊的字根φως¨- φωτος/photos和σφαιρος/sphairos ,意思就是光和球,事实上就是被观察到表面发光的球体。

太阳的光球

太阳各层结构图
  太阳各层结构图
  太阳光球是人类实际能够看到的太阳的圆面,它的外界的界限比较分明,太阳的半径就是按照这个界限确定的。太阳光球的有效温度大约是5780K,是太阳大气的最内一部分,密度大约是2×10-4 千克/立方米,粒子数密度为1023/m3,大约是地球大气层在海平面附近密度的1%。
  光球以下的太阳对可见光是不透明的,阳光从光球向外传播进太空之中,并将能量也带离了太阳。透明度的变化归因于密度与温度的降低,使会吸收可见光的氢离子(H-)减少。相反的,我们看见的可见光来自电子和氢原子(H)作用产生氢离子(H-)的反应。阳光的光谱与来自6000K(10,340 °F / 5,727 °C)的黑体非常相似,只是多了一些在光球层之上,薄薄的气体层中的原子造成的吸收线。在早期,研究太阳的光学光谱时,有些谱线和地球上已知的化学元素不能吻合。在1868年,Norman Lockyer假设这些吸收线来自未知的新元素,并依据希腊神话中的太阳神(Helios)命名为氦(Helium)。而直到25年后,才在地球上分离出氦元素。
  在光球之上,太阳还有几层可以观察到的大气层:色球层位于光球和更热且更稀薄的日冕之间,厚度可以达到10,000公里,通常要使用滤色片,像Hα滤镜,才能观察到。

·米粒组织

  太阳的光球的厚度只有500公里,由被称为米粒组织的对流胞组成,每个由气体组成的对流胞直径大约1,000公里,热的气体由中心向上升,而变冷的气体从它们之间狭窄的空隙下沉。每个米粒组织的生命期大约是8分钟,造成一个连续煮沸的转移模式。典型的米粒组织可以聚集成直径达到30,000公里,生命期长达24小时的更大集团 - 超米粒组织。这些细节是在其他的恒星上观察不到的。
黑子与米粒组织
黑子与米粒组织

·太阳黑子

  太阳黑子是太阳光球上的临时现象,它们在可见光下呈现比周围区域黑暗的斑点。它们是由高密度的磁性活动抑制了对流的激烈活动造成的,在表面形成温度降低的区域。虽然它们的温度仍然大约有3000-4500K ,但是与周围5,780K的物质对比之下,使它们清楚的显视为黑点,因为黑体(光球非常近似于黑体)的热强度(I)与温度(T)的四次方成正比。如果将黑子与周围的光球隔离开来,黑子会比一个电弧更为明亮。当它们在太阳表面横越移动时,会膨胀和收缩,直径可以达到80,000公里。
  一个发展完全的黑子由较暗的核(本影)和周围较亮的部分(半影)构成,中间凹陷大约500千米。黑子经常成对或成群出现,其中由两个主要的黑子组成的居多。位于西面的叫做“前导黑子”,位于东面的叫做“后随黑子”。一个小黑子大约有1000千米,而一个大黑子则可达20万千米。 太阳黑子的形成与太阳磁场有密切的关系。激烈的磁场活动显示,太阳黑子会导致次一级的活动,像是冕圈和再联结事件。大多数的闪焰和日冕物质抛射都起源于可见到黑子群存在的磁场活动区域。相似的现象也在一些有着星斑的恒星上被直接观测到。
  太阳黑子很少单独活动,常是成群出现。黑子的活动周期为11.2年,活跃时会对地球的磁场产生影响,主要是使地球南北极和赤道的大气环流作经向流动,从而造成恶劣天气,使气候转冷。严重时会对各类电子产品和电器造成损害。