太阳

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January 26, 2022

太阳离我们最近,也是所有恒星中研究得最好的。它由8颗行星及其卫星、5颗矮行星、小行星、彗星、流星和宇宙尘埃粒子环绕,因此太阳是太阳系的中心恒星。以阳光和热量形式存在的太阳能量通过光合作用过程使地球上的生命得以生存,并影响地球上的气候和天气。太阳和地球之间的平均距离为 149,600,000 公里或一个天文单位,在 8 分 18 秒内传输光。太阳是一个近乎完美的球体(赤道和极地之间的距离只有 10 公里),由气态的热等离子体组成。它有很强的磁场。太阳直径约139.2万公里,比地球大109倍,质量约2×1030公斤,比地球重33万,占整个太阳质量的99.86%系统。太阳由氢(约 74% 或 92% 体积)、氦气(约 24% 重量和 7% 体积)和少量其他元素组成,包括铁、镍、氧、硅、硫、镁、碳、氖、钙和铬。太阳属于光谱类 G2V。 G2 表示地表温度约为 5,500 °C (5,780 K),这使它呈现白色,尽管太阳由于大气散射而呈现黄色,这消除了较短波长的波(蓝色和紫色光)并留下了光谱人眼感知为黄色的频率。这种散射使周围的天空呈现蓝色。当太阳在天空中较低时,更多的光被散射,所以太阳呈现橙色或红色。太阳光谱包含电离和中性金属线,以及非常弱的氢线。光谱类别名称中的字母 V(罗马数字 5)表示太阳是主系列的恒星。这意味着它通过氢核与氦核聚变来产生能量。太阳曾经被认为是一颗小而微不足道的恒星,但今天已知它比银河系中 85% 的恒星都要亮,其中大部分是红矮星。绝对星等为+4.83,但由于太阳比其他恒星离我们更近,我们认为它是最亮的天体,视星等为-26.74。太阳大气的外部称为日冕,不断以太阳风的形式将部分等离子体释放到太空中,作为带电粒子流,膨胀到大约 100 个天文单位(AJ - 从地球到太阳的距离) )。由太阳风产生的星际物质气球称为日光层:它是太阳系中最大的连续结构。除了地球和其他行星之外,太阳还围绕小行星、彗星、流星体、柯伊伯带中的跨海王星天体和尘埃粒子运行。太阳围绕银河系中心运行,距离约为 26-27,000 光年从银河系的中心,向天鹅座的方向移动。它在大约 225-2.5 亿年(一个银河年)内绕银河系的一个中心运行。它的轨道速度被认为是 220 ± 20 公里/秒,但最近的估计为 251 公里/秒。这是每 1194.5 年一光年或每 7 天一天文单位。随着整个宇宙的膨胀,我们与银河系或银河系一起以 550 公里/秒的速度向九头蛇星座移动。离我们最近的恒星是半人马座阿尔法星,它是 4,2年的光。如果我们考虑银河系的运动和围绕星系中心的自转,那么我们太阳的合成运动是 370 公里/秒,在狮子座和高脚座的方向上。

物理特性

太阳是主系列中的一颗恒星(参见 Herzsprung-Russell 图),光谱类型为 G2,这意味着它比普通恒星稍大且温暖,但不足以属于所谓的“巨人”。这种光谱型恒星的寿命约为100亿年,而由于太阳的年龄约为50亿年,正处于生命周期的中期。太阳自转,但它有一个所谓的差动自转,即。层层旋转,即在日光赤道和两极旋转的周期不一样。在太阳中心,在热核反应(核聚变)中,氢转化为氦。每秒有 3.8 x 1038 个质子(氢核)参与核反应。释放的能量以电磁辐射和中微子的形式从太阳表面辐射出来,以及在较小程度上作为太阳风粒子的动能和热能以及太阳磁场的能量。太阳属于第一行星的族群,这意味着它富含重元素和金属(金和铀),这很可能是附近超新星爆炸的结果。由于温度极高,物质是以等离子体的形式。结果是太阳不会像固体一样自转。赤道的旋转速度高于两极附近的速度,因此磁场力会发生扭曲,气体从太阳表面喷发,并形成太阳黑子和日珥(突起)。我们称这些现象为太阳活动。由于太阳是由等离子体组成的,赤道比两极旋转得更快。这种现象称为差速自转,赤道为 25.6 天,两极为 33.5 天。由于地球也围绕太阳公转,在我们看来,太阳赤道大约每 28 天自转一圈。

太阳周期

我们在太阳中观察到的变化并称为太阳活动,以平均 11 年的周期周期性地发生。周期长短不一,在 8 到 15 年之间。这些变化包括:辐射能量的多少、光斑的数量和分布、太阳耀斑的数量、日冕的大小。活动最剧烈的时间段称为太阳活动极大期。它可以持续数年,具体取决于斑点和耀斑的活动。还有更长的太阳活动周期。蒙德极小期在历史上是已知的,在 17 世纪下半叶,在此期间太阳黑子的数量非常少。它与寒冷的年份同时发生,被称为小冰河时代。目前尚不清楚气候变化是否是由极低的太阳活动引起的。

太阳的组成。

我们根据其中普遍存在的条件将太阳分成更多的层。它们之间的界限没有明确划分,存在过渡区域。太阳没有固体表面,因此仍处于光学不透明状态的最高层被视为大气开始的边界。太阳的主要部分有: 太阳内部(核心区、辐射区和对流区) 光球层 太阳大气(色球层和日冕)

太阳内部。

太阳的核心从中心延伸到太阳半径的大约 20-25%。其密度高达150克/立方厘米(约为水密度的150倍),温度接近1570万开尔文(K)。相比之下,太阳表面温度约为 5,800 K。最近对 SOHO 任务数据的分析表明,核心旋转速率高于上辐射区。在太阳存在的大部分时间里,能量通过称为 p-p(质子-质子)链的一系列步骤在原子核区域通过核聚变释放;这一过程将氢转化为氦,将 4 个质子(氢原子核)合并形成一个氦原子核(2 个质子和 2 个中子),以伽马辐射的形式释放亚原子粒子和能量。太阳产生的能量中只有 0.8% 来自 CNO 循环,尽管预计这个比例会随着太阳的老化而增加。辐射。它可达太阳半径的 70% 左右。辐射区是一个非常密集的气体高度电离的广阔区域,在太阳核心中产生了巨大的伽马射线通量。在这个区域,这些伽马射线平均在运动 1 毫米后与物质相互作用,这些相互作用开始失去能量,并以更少的能量进一步发射(如伽马射线或 X 射线)。对流区是物质足够冷并且有足够大的温度梯度以出现分子和离子键的区域。当太阳远离中心时,它的温度会下降,因此该区域的气体电离程度较低,因此吸收来自辐射区的光子的能力更强。在巨大的循环中,气体将能量传递到光球层,即太阳的可见表面。在光球层失去能量,现在相对较冷的气体开始长时间回落到对流区的下部。

辐射区

核心上方是辐射区,距离中心大约是太阳半径的 25% 到 70%。在那个区域,温度不足以发生核聚变,所以热量通过辐射传递到外层。该区域没有等离子体对流或混合,外部温度范围为 7,000,000 至 2,000,000 K。能量通过氢离子和氦离子的辐射传输,它们发射的光子非常快地穿过该距离到达辐射区的外部,在那里光子被对流区中的其他离子吸收。密度从 20 g/cm3 到该层顶部的仅 0.2 g/cm3 不等。辐射区和对流区被过渡层分隔,即 tachocline。这是一个区域,从辐射区的均匀旋转到对流区的差异旋转,状态发生了急剧变化,导致两层之间产生巨大的剪切力——一种连续的水平层在彼此顶部滑动的状态。假设该层内的磁发电机产生太阳磁场。

对流区

辐射区上方是一个对流区,约。太阳半径的 70% 到光球层,也就是大约 200,000 公里。在这一层中,等离子体的温度和密度不足以通过辐射传输能量。这就是为什么会出现热柱的原因,它将热等离子体从辐射区转移到光球层:当等离子体冷却时,它会向后下降,从而形成一个封闭的圆圈。温度从 2,000,000 K 下降到 5,778 K,密度约为 0.2 g/cm3。太阳表面的热柱以颗粒和超颗粒形式出现。带电等离子体(离子)的湍流运动通过对流区,在每个热柱的表面产生磁场,该热柱在太阳表面上方关闭。

光球

光球(光球)是太阳的发光表面,它将太阳的不透明内部与稀释的透明大气分开。光球层的厚度很小,只有约300公里长,但却极其密集。它极大地限制了太阳圆盘。这里,温度范围从下限的 7000 K 到上限的 4000 K。光球辐射几乎所有太阳发出的能量,总辐射能量的约 93% 辐射在光谱的可见光和红外部分。辐射光谱是连续的,最大为黄绿色和暗吸收线。热气从内部涌向表面,这就是为什么我们认为表面具有粒状(粒状)结构的原因。颗粒直径约 1000 公里,它们不断运动(如沸水),持续时间为几分钟。有时所谓直径为 30 的超颗粒。000 公里,续航时间 24 小时。

太阳大气

太阳大气是太阳被稀释的透明包层,透过它可以很好地看到明亮的光球层。这个信封可以分为 2 个区域 - 色球和日冕。色球层(彩色球体)是太阳大气的下层,在光球层上方延伸至约 10,000 公里的高度。它比光球层稀有得多,而且形状不规则。只有在日全食期间才能从地球上观测到它。随着海拔升高,大气密度降低,但温度升高。这些密度和温度的变化表现在色球层和日冕之间的过渡区。在色球层中,太阳耀斑也可以从太阳黑子区域释放出来,这些地方携带等离子体和气体,速度大约是光速的一半。日珥(云)是向上喷射的热气体的云或射流。它们可以上升到光球层上方 150,000 公里的高度,通过色球和日冕。它们比周围的物质密度更大,温度达到约 20,000 K。以类似的方式,耀斑发生,气体喷射在色球层内迅速上升并回落。一次太阳耀斑的持续时间约为 10 分钟。在太阳大气的较高层日冕中,温度继续上升到 1,000,000 K。目前尚不清楚为什么会发生这种温度上升。假设它是由磁场影响下的气流产生的。日冕的外部以太阳风的形式不断地失去质量。尚不完全清楚为什么会发生这种温度升高。假设它是由磁场影响下的气流产生的。日冕的外部以太阳风的形式不断地失去质量。尚不完全清楚为什么会发生这种温度升高。假设它是由磁场影响下的气流产生的。日冕的外部以太阳风的形式不断地失去质量。

太阳活动

太阳的活动在太阳表面和太阳内部以各种形式表现出来,但所有太阳活动的原因都是磁场。在被称为太阳周期的 11 年周期中,所有形式的活动都会发生变化。太阳活动的形式: 在光球层:斑点(温度低于光球层并且有强磁场的地方)系(比光球层更密集、更温暖和更明亮的区域) 在色球层:海滩(更密集、更明亮的区域)比色球更暖和更亮的区域)突起(日冕中色球等离子体的喷射)爆发或耀斑(发生在光球中斑点位置上方的短暂闪光)在日冕上:日冕孔日冕凝结零星脉冲无线电辐射

太阳风

太阳风(solar wind)是从太阳大气上层高速喷射出的粒子流,主要是电子和质子。太阳风是这些带电粒子以每小时几百万公里的速度从太阳日冕进入宇宙的不断运动。虽然太阳质量的这种损失几乎是微不足道的,太阳风的密度也很小,但这些粒子高速运动并对太阳系中的天体造成可见的影响。太阳风更广为人知的影响是北极光和彗尾与太阳相反的方向。在地球附近,地球磁场捕获太阳风的粒子并将它们导向磁极。由于太阳风的粒子以数百公里/小时的速度运动,与地球大气中的粒子碰撞导致气体电离并出现光。这种现象在极地地区观察到,这就是为什么它被称为北极光(或南半球的南极光)。如果太阳活动较高,即使在低纬度地区,太阳风作用的增强也会导致北极光的出现。在这种情况下,地球和人造卫星上的无线电通信设备可能会受到干扰甚至损坏。彗星靠近太阳时会升温,彗星冰冷的表面蒸发并释放出一团气体和尘埃粒子。通过太阳风粒子的作用,云形成彗星的尾巴。由于太阳风来自太阳的方向,它将彗星的尾巴推向相反的方向。如果太阳活动较高,即使在低纬度地区,太阳风作用的增强也会导致北极光的出现。在这种情况下,地球和人造卫星上的无线电通信设备可能会受到干扰甚至损坏。彗星靠近太阳时会升温,彗星冰冷的表面蒸发并释放出一团气体和尘埃粒子。通过太阳风粒子的作用,云形成彗星的尾巴。由于太阳风来自太阳的方向,它将彗星的尾巴推向相反的方向。如果太阳活动较高,即使在低纬度地区,太阳风作用的增强也会导致北极光的出现。在这种情况下,地球和人造卫星上的无线电通信设备可能会受到干扰甚至损坏。彗星靠近太阳时会升温,彗星冰冷的表面蒸发并释放出一团气体和尘埃粒子。通过太阳风粒子的作用,云形成彗星的尾巴。由于太阳风来自太阳的方向,它将彗星的尾巴推向相反的方向。彗星冰冷的表面蒸发并释放出一团气体和尘埃粒子。通过太阳风粒子的作用,云形成彗星的尾巴。由于太阳风来自太阳的方向,它将彗星的尾巴推向相反的方向。彗星冰冷的表面蒸发并释放出一团气体和尘埃粒子。通过太阳风粒子的作用,云形成彗星的尾巴。由于太阳风来自太阳的方向,它将彗星的尾巴推向相反的方向。

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参考

文学

外部链接

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