太阳

  太阳系的中心天体。从中心向外可分为核反应区、辐射区、对流层大气层。太阳的半径约为是地球半径的109倍,体积为地球体积的130.25万倍。表面积是地球表面积的1.2万倍。质量为地球质量的33.34万倍。表面温度约5770℃,核心温度约1560万℃ 。日地平均距离约1.496亿千米。太阳系中的八大行星、小行星流星彗星、外海王星天体以及星际尘埃等,都围绕着太阳运行(公转)。太阳对人类而言至关重要,地球大气的循环,昼夜与四季的轮替,地球冷暖的变化都是太阳作用的结果。

概述

    太阳是太阳系中最大的物体,它拥有全部太阳系质量的99.8% 。
肉眼可见正在升起的太阳
    据研究,45.9亿年前一团氢分子云的迅速坍缩形成了一颗第三代第一星族的金牛T星,即太阳。目前太阳处于主序星阶段。太阳作为主序星的时间大约持续 100亿年。通过对恒星演化及宇宙年代学模型的计算机模拟,太阳已经历了大约45.7亿年。在50~60亿年后,太阳将转变成红巨星,当其核心的耗尽导致核心收缩及温度升高时,太阳外层将会膨胀。    红巨星阶段之后,由热产生的强烈脉动会抛掉太阳的外壳,形成行星状星云。失去外壳后剩下的只有极为炽热的恒星核,它将会成为白矮星,在漫长的时间中慢慢冷却和暗淡下去。    太阳释放能量为3.86e33尔格/秒(即38600亿亿兆瓦),它是由核聚变反应产生的。每秒大约有700,000,000吨的原子被转化为大约 695,000,000吨的氦原子并放出5,000,000吨(=3.86e33尔格)的以伽马射线为形式的能量。由于射线向球体表面射出,能量不断地被吸收和散发,使得温度不断接低,所以才有内外巨大的温度差和基本的可见光。由对流输出的能量至少比辐射发散的能量高20%。      太阳的外表面被称作光球,温度约为5800开。太阳黑子属于太阳上“凉爽”的地方,仅为3800开(它们之所以看起来比较暗是因为与周围地区比较的缘故)。太阳黑子可以很大,直径可达50,000千米。太阳黑子的产生是由于复杂且目前又不为人所掌握的来自太阳磁力区的作用所产生的。
美国宇航局公布的一张太阳的最新照片,它看上去就像一个熊熊燃烧的火球。照片显示太阳几乎是完美的球体,在漆黑的茫茫太空中发出强烈的橙红色光芒
    处在光球之上的一个小范围被称作色球。    在色球之上即阔又稀的物质称为日晕,向太空绵延数百万千米,但它只有在日食时才能被观测到。日晕的内部温度超过1,000,000开。    太阳的磁场作用力极大(按地球标准)并且十分复杂。它的磁层范围甚至大大超过了冥王星。     除了光和热,太阳也发散一种低密度的粒子流(多半为电子质子)形成太阳风,以450千米/秒的速度在太阳系中传播。太阳风和高能量粒子在太阳上闪光时发射,会对地球上的潮浪及无线电通讯造成影响,并会由此产生极光。    最近从Ulysses号飞船上传回的数据显示由两极发散的太阳风移动速度翻了一倍,达750千米/秒,在低纬度区也有此现象。两极区的太阳风组成也不同,而且太阳磁场区看来也是惊人的不稳定。    更多的有关太阳风的研究将在最近上空的Wind,ACE和SOHO飞船协助下完成。它们将利用动态稳定的优势,直接处在地球与太阳之间离地球1,600,000千米的地方。    太阳风使得彗星产生了彗尾,有时甚至在飞船的轨道上产生可测量的效果。     壮观的环圈突起物,日冕,也常在太阳边缘部分显现。    太阳的能量输出不是稳定的,太阳黑子活动的数量也一样。太阳黑子活动在17世纪后半叶有一个周期异常微弱,称为 the Maunder Minimum,它正好与当时北欧不正常的低温期巧合(小冰河时期the Little Ice Age)。太阳形成至今,能量输出已增大了40%。

太阳基本物理参数

  体积:1.41 × 10273  质量:1.9891 × 1030 千克,相对于地球质量:333 400  密度:1 411 千克/米3,相对于地球密度:0.26,相对于水的密度:1.409  表面温度:约5770℃ 中心温度:约1560万℃ 日冕层温度:5 × 106 ℃  发光度 (LS):3.827 × 1026 J s-1  直径:1 392 000千米 相对直径(dS/dE):109.1  表面面积:6.09 × 1012 千米2  表面重力加速度:274 米/秒2 相对表面重力加速度:27.9 倍  到地球的平均距离:149 597 870 千米  视星等 (V):-26.8m 绝对星等:4.8m  自转周期  赤道处:27天6小时36分钟   纬度30°:28天4小时48分钟   纬度60°:30天19小时12分钟  纬度75°:31天19小时12分钟  光球层成分     氢:73.46 % 氦:24.85 % 氧:0.77 % 碳:0.29 % 铁:0.16 %    氖:0.12 % 氮:0.09 % 硅:0.07 % 镁:0.05 % 硫:0.04 %

人类观测太阳的历史

  人类对太阳的观测可以追溯到公元前2000年,在中国古代的典籍《尚书》中记载了发生在夏代的一次日食。中国古代汉字中用⊙代表太阳,表明中国很早以前就已看到了太阳黑子。《汉书·五行志》中记载了人类最早的黑子记录:“日出黄,有黑气大如钱,居日中央。”公元前400年,希腊人曾经看到过太阳黑子,但在欧洲被遗忘,直到1605年伽利略通过望远镜重新发现了它。
西雅图的至日点游行
  1239年,俄罗斯的编年史中曾提到过日珥,称其为“火舌”,1842年在一次日食中重新发现了日珥。1843年,Schwabe发现了太阳活动的11年周期,1851年在一次日食中拍摄到了第一张日冕的照片。1859年人们发现了太阳耀斑。  英国物理学家牛顿使用三棱镜将太阳光分解为光谱,发现太阳光是由七种颜色的光混合而成的。英国天文学家威廉·赫歇尔在太阳光中发现了红外线。1824年,夫琅禾费发现了太阳光谱中的谱线,1868年又在太阳光谱中发现了一种新的元素,取名为氦(helium,意为太阳神),次年又发现了新的谱线,认为是另外一种元素,定名为coronium,后证明这只是普通元素的高电离态谱线。  1908年,美国天文学家海耳发现黑子具有很强的磁场。1930年发明了日冕仪,使得随时观测日冕成为可能。1938年,汉斯·贝特提出了恒星内部质子-质子链反应和碳氮氧循环两种核反应过程,阐明了太阳的能源机制。  20世纪70年代以来,空间天文的迅速发展大大促进了太阳的研究。1971年,OSO-7卫星观测到了日冕物质抛射,1975年Deubner奠定了日震学的基础。美国的天空实验室搭载的X射线望远镜观测了太阳的X射线辐射。1980年代SMM卫星首次在硬X射线波段对耀斑进行了成像。1990年,美国发射了尤里西斯号探测器观测太阳的极区。其他太阳观测卫星还有美国1995年发射的SOHO卫星、1998年发射的TRACE卫星、2002年发射的RHESSI卫星、2006年发射的STEREO卫星,日本1991年发射的阳光卫星(Solar-A)、2006年发射的日出卫星(Solar-B)等。

太阳的结构

   太阳从中心向外可分为核心(核聚变区)、辐射层、对流层和大气层。由于太阳内层气体的透明度极差,人类只能够直接观测到太阳的大气层,从内向外分为光球、色球和日冕3层。
太阳结构示意图
  太阳在银河系里的恒星是一个近乎完美的球体,其扁率约为900万分之一,即是说其南北两极的直径只比东西直径短10公里。在自转周期方面,由于太阳并非以固态形式存在,因此其两极和赤道的自转周期并不相同(赤道约为25天, 两极则约为35天),整体平均自转周期约为28天,其缓慢自转所产生的离心力,以赤道位置计算,还不到其自身引力的1,800万分之一。虽然太阳本身是太阳系的中心,大质量的木星使质心之偏离中心达一个太阳半径,但所有行星的总质量还不到太阳的百分之五,因此来自行星的潮汐力并不足以改变太阳的形状。  太阳不像类地行星般拥有固态表面,其气体密度从表面至中心会成指数增长。太阳的半径计法是以光球层的边缘为终点,其内部的高密度气体足以令可见光无法通过,而肉眼看见的是太阳的光球层,在0.7太阳半径范围内的气体占整个太阳总质量的大多数。  太阳的内部并不能直接观测,因高密度的气体阻隔了电磁辐射,但就像地震学能利用地震产生的震波能研究地球的内部,日震学这个学门,也能利用横断过太阳内部的波的压力,来测量和描绘出太阳内部的构造。配合计算机模拟的辅助,人们便可一览太阳深处。
太阳特征名称图