即使你对天文学没有特别的兴趣——但是——你无疑想知道天空中那巨大的炽热的球到底是怎么回事,这个球既危险地热,又能同时赋予地球生命。你可能知道太阳是一颗恒星,当夜幕降临时,就像无数头顶的光点星星一样,只是它是离我们最近的星星。
你可能知道它有自己的燃料供应,这种供应,虽然不是无限的,是如此之大,是不可估量的。你可能意识到,即使你有能力做这件事,离太阳更近一点并不是个好主意,但是离太阳太远一样糟糕。我们离太阳距离正好,距离约14967万公里(1AU)。
然而,你可能一直认为太阳就是炽热的球体,其实太阳是一个分层球体,就像地球和太阳系的其他七个行星一样。这些层是什么?人类科学家是怎样给太阳分层的呢?
太阳和太阳系
太阳位于太阳系的中心(因此得名!),占太阳系质量的99.8%。由于引力的影响,太阳系中的一切——八颗行星、五颗(目前)矮行星、这些行星的卫星和矮行星、小行星和其他小元素(如彗星)——都围绕着太阳旋转。水星需要不到88个地球日才能完成一次绕太阳旅行,而海王星需要将近165个地球年。
太阳是一颗相当不起眼的恒星,随着恒星的消失,它被称为黄矮星。作为参考,光年是光在一年内传播的距离,大约9.6万亿公里。海王星是距离太阳最远的行星,距离太阳近45亿公里,距离太阳为两千份之一光年。 太阳除了作为一个巨大的“熔炉”外,还具有很强的内部电流。电流产生磁场,太阳有一个巨大的磁场,像太阳风一样在太阳系中传播——带电气体,从太阳向各个方向飞出。
太阳是恒星吗?
如前所述,太阳是一颗黄矮星,但它更正式地被归类为G2光谱级恒星。恒星按从最热到最酷的顺序分为O型、B型、A型、F型、G型、K型或M型恒星。最热的表面温度约为30,000至60,000开尔文(K),而太阳的表面温度相对温和5,780 K。为了帮组你理解太阳的温度,先来看看开尔文度与摄氏度换算关系,即 0 K 或绝对零等于 +273 摄氏度,1,273 K 等于 1,000 摄氏度,等等。此外,在开尔文单位中省略了度符号。
太阳的密度既不是固体、液体也不是气体,最好归类为等离子体(即带电气体),大约是水的1.4倍。 其他重要的太阳统计数据:太阳的质量为1.989 × (10^30) kg,半径约为6.96 × (10^8)米(由于光速为3× 10^8米/秒,太阳一侧的光需要两秒多一点的时间才能穿过中间到另一侧)。
如果太阳像一个典型的门一样高,那么地球就会像站在边缘的美国镍币(直径21.21mm,厚度1.95mm)那么大小。然而,宇宙中存在一些恒星的直径是太阳直径的1000倍,矮星的直径不到太阳的百分之一。
太阳还发出3.85×(10^26)瓦的功率,到达地球的能量大约每平方米1340瓦,这意味着光度为 4 × (10^33)尔格( ergs )。这些都是巨大的数字!然而,有些恒星的亮度是太阳的100万倍,这意味着它们的功率输出是太阳的100万倍。
同时,有些恒星的亮度是太阳千倍左右。 有趣的是,尽管太阳在整个宇宙中充其量是一颗温和的恒星,但它仍然比现存的已知恒星的95%更大。这意味着,大多数恒星已经过了黄金时期,在数十亿年前它们达到了一生的巅峰,而现在已经大幅缩水,现在它们以相对匿名的方式隐藏在宇宙中度过晚年。
太阳的四个区域是什么?
太阳可以分为四个空间区域,包括核心区、辐射区、对流区和光球区。后者位于另外两个层下方。太阳图由横截面组成,如球内部被完全成两半的视图,因此在中心包括一个代表核心的圆,然后从内到外围绕它连续的环,表示辐射区,对流区和光球。
太阳的核心是地球上观察者在光和热的产生地可以测量的一切。这个区域从太阳中心向外延伸了大约四分之一。太阳中心的温度估计约为1.550千万K至1.570千万K,相当于约2800万华氏度。这使得表面温度约5,780K似乎显得极其“寒冷”。核心内部的热量是由不断的核聚变反应产生的,其中两个氢分子结合,产生足够的力,使它们结合成氦(换句话说,氢分子融合)。
太阳的辐射区之所以如此命名,是因为它位于这个球形壳中——一个从太阳中心大约四分之一开始的区域,核心在那里结束,向外延伸约四分之三,到太阳表面,在那里它与凸台相遇。活动区 —— 从核心内部融合释放的能量向外向所有方向传播,或辐射。令人惊讶的是,辐射能量需要很长时间才能穿越辐射区域的厚度——事实上,需要几十万年!这听起来不太可能的,但作为已经有45亿年的历史太阳,而且仍然很强壮,这根本算不上时间。
对流区占据了太阳体积最外层四分之一的大部分。在这个区域的开始(即,在内部),温度约为2百万 K并下降。因此,信不信由你,形成太阳内部的等离子体状物质,太冷和不透明,不允许让热和光以辐射的形式继续向太阳表面移动。相反,这种能量是通过对流传递的,它本质上是使用物理介质来传递能量。(从一壶沸水底部上升到表面并释放热量的气泡是对流的例子)。与能量在辐射区中传播所需的时间相比,能量在对流区中移动相对较快。
光球由一个完全不透明过渡到变为透明的区域组成。这意味着光和热可以不受阻碍地通过。因此,光球是太阳的层,从中发出对肉眼可见的光。这层只有500公里厚,这意味着如果整个太阳比作洋葱,光球代表洋葱的皮肤。该区域底部的温度比太阳表面的温度要高,尽管不是很明显的——大约7,500K,相差不到2000K。
太阳的层是什么?
如上所述,太阳的核心、辐射区、对流区和光球被认为是区域,但每个层也可以归类为太阳的一个层,其中有六个层。光球的外部是太阳的大气层,包括两层:色球和日冕。
色球在太阳表面(即光球的最外层)上延伸约2,000至10,000公里。奇怪的是,温度会随着与光球的距离增加而下降,但随后又开始上升,这可能是由于太阳磁场的影响。
日冕在色球上方延伸到太阳半径数倍的距离,温度高达2,000,000K,类似于对流区的内部。这个太阳层非常脆弱,每立方厘米只含有大约10个原子,并且磁场线交叉。这些磁场线形成气体和羽状物,并被太阳风吹出。
太阳的外层是什么?
如前所述,太阳的最外层是光球,它是太阳本身的一部分,色球和日冕是太阳大气层的一部分。因此,太阳可能被描绘成有三个内部部分(核心、辐射区和对流区)和三个外部(光球、色球和日冕)。
一些有趣的事件在太阳表面发生。其中之一是太阳黑子,在相对“凉爽”的(4,000 K)区域的光球中形成。另一种是太阳耀斑,这是表面的爆炸性事件,以X射线、紫外线和可见光的形式,使太阳大气层区域变得非常明亮。这些光在持续几分钟的时间段内展开,然后在一个小时左右逐渐消失。
我们人类生活在地球上,但我们以及其他生物都必须仰仗着太阳的光辉才能生存,它对我们无比重要,我们每天也都能看到它,那么你真的了解它吗?
太阳是我们太阳系中唯一的恒星,也是整个太阳系中最早形成的单一天体,至今已经有着近50亿年的历史,占了整个太阳系中可见的物质中的绝大部分质量,高达99.86%,其他的所有星体如8大行星以及矮行星和小行星等只占了剩下的0.14%,太阳的质量是地球的33万倍,体积是地球的130万倍,可谓是太阳系中不可挑战的霸主。它的质量虽然非常大,但它的密度只有每立方厘米1.4颗克,却还没有我们地球的密度大,地球的密度为每立方厘米5.5克。
不过宇宙中的恒星太多了,仅在银河系中就有数千亿颗恒星,这些恒星有大有小,在天文学上可以分成不同的类型,质量从小到大可以分成红矮星,橙矮星,黄矮星,蓝矮星和巨星,其中以红矮星数量最多,占到了恒星数量的80%左右,其质量大约在太阳的8%~50%之间,其次是橙矮星,数量份额大概在10%左右,质量着太阳的50%~80%之间,我们的太阳属于黄矮星,质量属于中等偏上,比蓝矮星要小一些,比巨星要小得多。
从光度上来讲,太阳的光度也要强于红矮星和橙矮星,但是要弱于蓝矮星和巨星,我们的夜空中所能看到的恒星之中,绝大部分的质量都比太阳更大,光度更强。
太阳也是有分层结构的,按照由里往外的顺序分别是核心、辐射区、对流层、光球层、色球层、日冕层,早晨或傍晚时刻我们所能看到的是太阳的光球层,光球层之下就是太阳实体了,光球层之上称为太阳大气,太阳的大气层厚度远超我们的地球,在百万公里以上。太阳大气中有一层温度最高的区域,在距离太阳表面的1万公里的高度附近,温度可达上百万摄氏度,而太阳表层的温度大约为5600摄氏度。
太阳之所以如此之热,是因为内部进行着氢核聚变,太阳的核心和辐射区是氢核聚变的发生地,每秒钟消耗400万吨的氢元素,内部的温度高达1500万摄氏度,产生的辐射压向外辐射能量形成了太阳的对流层,使得整个太阳的温度都很高,对流层的上层直到太阳的表面物质活动就不那么激烈了。
不过内部热量向外猛烈喷发的时候还会形成耀斑,并且激起巨大的太阳风,以每秒700~1200公里的速度从太阳表面向外传播,我们地球磁场可以阻挡太阳风袭击地球大气层,不过部分太阳风可以顺着持力线进入地球两极,太阳风暴电离地球两极高空大气时就会就会形成极光。
我们的地球所能接收到的阳光热量,只是太阳向外辐射热量的1/22亿(还有说法为1/16亿和1/60亿),这一点点的光能和热量就已经让地球上的动植物等生命物种获得了能量而欣欣向荣,充满了生机,如上这些关于太阳的惊人的事实,您都知道吗?
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