认识太阳系——太阳

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认识太阳系——太阳 ( 2008-11-6 11:11 )

太阳在浩瀚的宇宙中谈不上有什么特殊性。组成银河系的有大约两千亿颗恒星，而太阳只是其中中等大小的一颗。太阳在许多神话中被人格化：古希腊人称它为Helios，而古罗马人称它为Sol。作为太阳系的中心，地球上所有生物的生长都直接或间接地需要它所提供的光和热。

　　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% (木星具有剩余的大部分质量)。太阳的质量由75%氢和25%氦组成(原子数量的92.1%为氢，7.8%为氦)；其他物质("金属")的数量总合仅为0.1%。在太阳核心区氢转化为氦，而这些量的改变很慢。

　　太阳外层有不同的自转周期：赤道面25.4天自转一周；两极地区则达到36天。这个奇特现象的产生是由于太阳并不像地球一样是一个固态球体，类似的情况在气态行星上也可看到。因此在太阳内部，自转周期也不同，但太阳核心区仍像实心体般自转。

　　太阳内核的状态是惊人的，温度达到15，600，000开，压力相当于2500亿个大气压。内核的气体被极度压缩以至于它的密度是水的150倍。

　　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吨的氢原子被转化为大约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%。

　　太阳大气结构

　　太阳大气结构与大气的温度、密度有关。随着温度、密度的下降，太阳大气从里向外大致可以分为光球、色球、日冕等层次。最底层称为“光球”；中层是“色球”，是光球的向外延伸，一直可延伸到几千千米高度；色球的外层称为“日冕”，它是极端稀薄的气体壳，可以伸展到几个太阳半径之远。上述分层仅有形式上的意义，实际上在各层之间没有明显的界限，而温度、密度则是连续变化的。

　　(1)光球

　　肉眼看到的太阳边缘就是光球的上限，几乎我们接收到的所有太阳光学辐射都是由这里发出的。光球可以看作一个光壳。太阳光球中的热能包括粒子的动能、原子的激发能和电离能。光球中的热能主要靠辐射向外传输。

　　光球层的辐射占全部太阳辐射能量的99.9%，通常看到的太阳的可见光，几乎全来自光球，太阳光谱实际上就是光球的光谱。光球层厚度约500km，温度约6000K。光球中存在着黑子、光斑等活动载体。

　　(2)色球层

　　温度在光球层顶部达到极小值后，再往外就开始增加了，光球层上面的这个区域叫做色球层。在日全食的前后几秒钟，可以看到日面边缘上会出现亮的粉红色的光环，这就是色球层。色球与冕的边界也不明显。因此，色球层的厚度只能是一个大致的估计，有人认为可能有20000km。

　　色球层中的温度变化是这样的，光球层顶部温度下降到最小值(约4500K)，在这点以外，温度逐渐增加，最初比较缓慢，在2000km左右，温度增加得很快，达到1×104K，然后在可能小于1000km的范围内温度上升到5×105K，这一温度陡升的区域被称为过渡区。在过渡区之上，温度虽然继续上升，但梯度很小。在10000～20000km，温度达到1。5×106K左右，这是日冕温度。

　　在色球的最低层大约1000km范围内，色球近似是均匀的，而在1000km以上，色球成为非常不均匀的区域，在这区域中有许多小的指向日冕的针状结构，称为针状物。一般而言，针状物有长圆锥的形状，直径为1000km，长为6000～1000km，它们连续地上升和消失，平均寿命约为5～10min。

　　色球是一个充满磁场的等离子体层，磁场与等离子体的相互作用引起的不稳定性，形成了如耀斑、日饵等各种爆发活动。

　　(3)日冕

　　日冕是太阳大气最外面的一层，也是最厚的一层，它是一个极其稀薄、完全电离的等离子体区域，主要由高度电离的原子和自由电子所组成。日冕是太阳大气中与行星际空间关系最为密切的一层，也可以这样认为，日冕的性质决定了行星际空间的性质。

　　日冕可以人为地分为三部分：内冕(1.02～1.3R0)、日冕(1.3～2.3R0)、外冕(2.3R0以外)。外冕可延伸到好几个太阳半径(R0)以外，可以认为没有边界。在若干个太阳半径处的日冕就是行星际介质；在40多个太阳半径处，日冕逐渐沉没于黄道光中，广义的日冕一直可延伸到包括地球在内。

　　在辐射光和热的同时，太阳也产生一种低密度的粒子流——太阳风。太阳风以每秒四百五十公里的速度向宇宙空间辐射。地球和其它某些行星的极光也是太阳风带来的。如果一段时间内太阳风异常强大，便形成了太阳风暴。太阳的磁场极其强大复杂，其范围甚至越过了冥王星轨道。

　　太阳已经近五十亿岁了，它还可以继续平静地燃烧约五十亿年。五十亿年后，太阳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，水星、金星和地球都将进入它的大气。在经历一亿年的红巨星阶段后，太阳将耗尽所有能源而坍缩成一颗白矮星，并通过向宇宙空间抛射物质而形成一个行星状星云。

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