太陽[太陽系的中心天體]

太陽[太陽系的中心天體]

太陽是太陽系中唯一的恆星和會發光的天體,是太陽系的中心天體,太陽系質量的99.86%都集中在太陽。太陽系中的八大行星、小行星、流星、彗星、外海王星天體以及星際塵埃等,都圍繞著太陽運行即公轉。而太陽則圍繞著銀河系的中心運行,也就是公轉。太陽直徑大約是1.392×10⁶公里,相當於地球直徑的109倍;體積大約是地球的130萬倍。從化學組成來看,現在太陽質量的大約四分之三是氫,剩下的幾乎都是氦,包括氧、碳、氖、鐵和其他的重元素質量少於2%,採用核聚變的方式向太空釋放光和熱。太陽目前正在穿越銀河系內部邊緣獵戶臂的本地泡區中的本星際雲。在距離地球17光年的距離內有50顆最鄰近的恆星系(與太陽距離最近的恆星是稱作比鄰星的紅矮星,大約4.2光年)。太陽是一顆黃矮星(光譜為G2V),黃矮星的壽命大致為100億年,目前太陽大約45.7億歲。 在大約50至60億年之後,太陽內部的氫元素幾乎會全部消耗盡,太陽的核心將發生坍縮,導致溫度上升,這一過程將一直持續到太陽開始把氦元素聚變成碳元素。

基本信息

概述

太陽太陽
太陽是銀河系的一顆普通恆星,與地球平均距離14960萬千米,直徑139萬千米,平均密度1.409克/立方厘米,質量1.989×10^33克,表面溫度5770開,中心溫度1500萬開。由里向外分別為太陽核反應區、太陽對流層、太陽大氣層。其中心區不停地進行熱核反應,所產生的能量以輻射方式向宇宙空間發射。

其中二十二億分之一的能量經過大約8分鐘輻射到地球,成為地球上光和熱的主要來源。恆星也有自己的生命史,它們從誕生、成長到衰老,最終走向死亡。它們大小不同,色彩各異,演化的歷程也不盡相同。恆星與生命的聯繫不僅表現在它提供了光和熱。實際上構成行星和生命物質的重原子就是在某些恆星生命結束時發生的爆發過程中創造出來的。太陽的年齡約為46億年,它還可以繼續燃燒約50億年。在其存在的最後階段,太陽中的將轉變成重元素,太陽的體積也將開始不斷膨脹,直至將地球吞沒。在經過一億年的紅巨星階段後,太陽將突然坍縮成一顆白矮星--所有恆星存在的最後階段。

再經歷幾萬億年,它將最終完全冷卻,然後慢慢地消失在黑暗裡。太陽是距離地球最近的恆星,是太陽系的中心天體。體積是地球的130萬倍。在銀河系內一千多億顆恆星中,太陽只是普通的一員,它位於銀河系的對稱平面附近,距離銀河系中心約26000光年,在銀道面以北約26光年, 它一方面繞著銀心以每秒250公里的速度鏇轉,另一方面又相對於周圍恆星以每秒19.7公里的速度朝著織女星附近方向運動。其中心區不停地進行熱核反應,所產生的能量以輻射方式向宇宙空間發射。

公轉

太陽繞銀河系中心公轉,繞銀河系中心公轉周期約2.5×10^8年。銀河系中心可能有巨大黑洞,但它周圍布滿了恆星,所以看上去象“銀盤”。這些恆星都繞“銀核”公轉。與地球公轉不同,這些恆星公轉每繞一周離“銀核”會更近。

自轉

太陽和其它天體一樣,也在圍繞自己的軸心自西向東自轉,但觀測和研究表明,太陽表面不同的緯度處,自轉速度不一樣。在赤道處,太陽自轉一周需要25.4天,而在緯度40處需要27.2天,到了兩極地區,自轉一周則需要35天左右。這種自轉方式被稱為“較差自轉”。

參數

太陽觀測數據

日地平均距離(1天為單位):1.49597870×10^11米(1億5千萬公里)
日地最遠距離:1.5210×10^11米
日地最近距離:1.4710×10^11米
遠日點與近日點距離相差500萬千米
視星等:-26.74等
絕對星等:4.83等
熱星等:-26.82等
絕對熱星等:4.75等
有日全食

物理數據

半徑:696000千米(約地球110倍)
表面面積:大約6.09×10^12平方千米
體積:大約1.412×10^18立方千米(地球的1300000倍)
質量:大約1.989×10^30千克(地球的333400倍)
密度:大約1.3g/cm3
大約相對於地球密度:0.26
大約相對於水的密度:1.3
大約表面重力加速度:2.74×10^2米/秒^2(為地球表面重力加速度的27.9倍)
大約表面溫度:5770開
中心溫度:大約1500萬開
日冕層溫度:5×200開
發光度(LS):大約3.827×10^26Js-1

軌道數據

太陽太陽
太陽位於銀道面之北的獵戶座鏇臂上,距離銀河系中心約30000光年,在銀道面以北約26光年,它一方面繞著銀心以每秒250公里的速度鏇轉,周期大概是2.5億年,另一方面又相對於周圍恆星以每秒19.7公里的速度朝著織女星附近方向運動。太陽也在自轉,其周期在日面赤道帶約25天;兩極區約為35天。
太陽目前正在穿越銀河系內部邊緣獵戶臂的本地泡區中的本星際雲。在距離地球17光年的距離內有50顆最鄰近的恆星系(最接近的一顆是紅矮星,被稱為比鄰星,距太陽大約4.2光年),太陽的質量在這些恆星中排在第四。太陽在距離銀河中心24000至26000光年的距離上繞著銀河公轉,從銀河北極鳥瞰,太陽沿順時針軌道運行,大約2億2500萬至2億5000萬年繞行一周。由於銀河系在宇宙微波背景輻射(CMB)中以550公里/秒的速度朝向長蛇座的方向運動,這兩個速度合成之後,太陽相對於CMB的速度是370公里/秒,朝向巨爵座或獅子座的方向運動。

自轉周期

赤道處:約27天6小時36分鐘
緯度30°:28天4小時48分鐘
緯度60°:約30天19小時12分鐘
緯度75°:約31天19小時12分鐘
繞銀河系中心公轉周期約2.25×10^8年

其他數據
太陽壽命:約100億年(現在大約46億年)
太陽年齡:約46億年
天文符號:☉
太陽活動周期:11.04年
輻射功率:3.86×10^26瓦特(焦耳/秒)
太陽常數f=1.97卡·厘米^2·分^-1
光譜型:G2V
太陽表面脫離速度=618公里/秒
地球附近太陽風的速度:450公里/秒
太陽運動速度(方向α=18h07m,δ=+30°)=19.7公里/秒
噴泉式太陽爆發震撼場面看似火山

太陽構造

構造概述

組成太陽的物質大多是些普通的氣體,其中氫約占71.3%,氦約占27%,其它元素占2%。太陽從中心向外可分為核反應區、輻射區和對流區、太陽大氣。太陽的大氣層,像地球的大氣層一樣,可按不同的高度和不同的性質分成各個圈層,即從內向外分為光球、色球和日冕三層。我們平常看到的太陽表面,是太陽大氣的最底層,溫度約是6000開。它是不透明的,因此我們不能直接看見太陽內部的結構。但是,天文學家根據物理理論和對太陽表面各種現象的研究,建立了太陽內部結構和物理狀態的的模型。

內部構造

太陽太陽
太陽的內部主要可以分為三層:核心區、輻射層和對流層。

太陽的核心區域半徑是太陽半徑的1/4,約為整個太陽質量的一半以上。太陽核心的溫度極高,達到1500萬℃,壓力也極大,使得由氫聚變為氦的熱核反應得以發生,從而釋放出極大的能量。這些能量再通過輻射層和對流層中物質的傳遞,才得以傳送到達太陽光球的底部,並通過光球向外輻射出去。太陽中心區的物質密度非常高。每立方厘米可達160克。太陽在自身強大重力吸引下,太陽中心區處於高密度、高溫和高壓狀態。是太陽巨大能量的發源地。太陽中心區產生的能量的傳遞主要靠輻射形式。太陽中心區之外就是輻射層,輻射層的範圍是從熱核中心區頂部的0.25個太陽半徑向外到0.71個太陽半徑,這裡的溫度、密度和壓力都是從內向外遞減。從體積來說,輻射層占整個太陽體積的絕大部分。太陽內部能量向外傳播除輻射,還有對流過程。即從太陽0.71個太陽半徑向外到達太陽大氣層的底部,這一區間叫對流層。這一層氣體性質變化很大,很不穩定,形成明顯的上下對流運動。這是太陽內部結構的最外層。

太陽光球

太陽光球就是我們平常所看到的太陽圓面,通常所說的太陽半徑也是指光球的半徑。光球層位於對流層之外,屬太陽大氣層中的最低層或最裡層。光球的表面是氣態的,其平均密度只有水的幾億分之一,但由於它的厚度達500千米,所以光球是不透明的。光球層的大氣中存在著激烈的活動,用望遠鏡可以看到光球表面有許多密密麻麻的斑點狀結構,很象一顆顆米粒,稱之為米粒組織。它們極不穩定,一般持續時間僅為5-10分鐘,其溫度要比光球的平均溫度高出300-400℃。截止到2013年認為這種米粒組織是光球下面氣體的劇烈對流造成的現象。
光球表面另一種著名的活動現象便是太陽黑子。黑子是光球層上的巨大氣流鏇渦,大多呈現近橢圓形,在明亮的光球背景反襯下顯得比較暗黑,但實際上它們的溫度高達4000℃左右,倘若能把黑子單獨取出,一個大黑子便可以發出相當於滿月的光芒。日面上黑子出現的情況不斷變化,這種變化反映了太陽輻射能量的變化。太陽黑子的變化存在複雜的周期現象,平均活動周期為11.2年。

太陽色球

太陽笑臉太陽笑臉
緊貼光球以上的一層大氣稱為色球層,平時不易被觀測到,過去這一區域只是在日全食時才能被看到。當月亮遮掩了光球明亮光輝的一瞬間,人們能發現日輪邊緣上有一層玫瑰紅的絢麗光彩,那就是色球。色球層厚約8000千米,它的化學組成與光球基本上相同,但色球層內的物質密度和壓力要比光球低得多。日常生活中,離熱源越遠處溫度越低,而太陽大氣的情況卻截然相反,光球頂部接近色球處的溫度差不多是4300℃,到了色球頂部溫度竟高達幾萬度,再往上,到了日冕區溫度陡然升至上百萬度。人們對這種反常增溫現象感到疑惑不解,至今也沒有找到確切的原因。在色球上人們還能夠看到許多騰起的火焰,這就是天文上所謂的“日珥”。日珥是迅速變化著的活動現象,一次完整的日珥過程一般為幾十分鐘。同時,日珥的形狀也可說是千姿百態,有的如浮雲煙霧,有的似飛瀑噴泉,有的好似一彎拱橋,也有的酷似團團草叢,真是不勝枚舉。天文學家根據形態變化規模的大小和變化速度的快慢將日珥分成寧靜日珥、活動日珥和爆發日珥三大類。最為壯觀的要屬爆發日珥,本來寧靜或活動的日珥,有時會突然“怒火衝天”,把氣體物質拚命往上拋射,然後迴轉著返回太陽表面,形成一個環狀,所以又稱環狀日珥。

太陽日冕

日冕是太陽大氣的最外層。日冕中的物質也是電漿,它的密度比色球層更低,而它的溫度反比色球層高,可達上百萬攝氏度。在日全食時在日面周圍看到放射狀的非常明亮的銀白色光芒即是日冕。日冕的範圍在色球之上,一直延伸到好幾個太陽半徑的地方。日冕還會有向外膨脹運動,並使得冷電離氣體粒子連續地從太陽向外流出而形成太陽風。氫約占71%,氦約占27%,其它元素占2%。
太陽從中心向外可分為核反應區、輻射區、對流層和大氣層。由於太陽外層氣體的透明度極差,人類能夠直接觀測到的是太陽大氣層,從內向外分為光球、色球和日冕3層。
光球層

光球表面另一種著名的活動現象便是太陽黑子。黑子是光球層上的巨大氣流鏇渦,大多呈現近橢圓形,在明亮的光球背景反襯下顯得比較暗黑,但實際上它們的溫度高達4000℃左右,倘若能把黑子單獨取出,一個大黑子便可以發出相當於滿月的光芒。日面上黑子出現的情況不斷變化,這種變化反映了太陽輻射能量的變化。太陽黑子的變化存在複雜的周期現象,平均活動周期為11.2年。
色球層

緊貼光球以上的一層大氣稱為色球層,平時不易被觀測到,過去這一區域只是在日全食時才能被看到。當月亮遮掩了光球明亮光輝的一瞬間,人們能發現日輪邊緣上有一層玫瑰紅的絢麗光彩,那就是色球。色球層厚約8000千米,它的化學組成與光球基本上相同,但色球層內的物質密度和壓力要比光球低得多。日常生活中,離熱源越遠處溫度越低,而太陽大氣的情況卻截然相反,光球頂部接近色球處的溫度差不多是4300℃,到了色球頂部溫度竟高達幾萬度,再往上,到了日冕區溫度陡然升至上百萬度。人們對這種反常增溫現象感到疑惑不解,至今也沒有找到確切的原因。
日珥

在色球上人們還能夠看到許多騰起的火焰,這就是天文上所謂的“日珥”。日珥是迅速變化著的活動現象,一次完整的日珥過程一般為幾十分鐘。同時,日珥的形狀也可說是千姿百態,有的如浮雲煙霧,有的似飛瀑噴泉,有的好似一彎拱橋,也有的酷似團團草叢,真是不勝枚舉。天文學家根據形態變化規模的大小和變化速度的快慢將日珥分成寧靜日珥、活動日珥和爆發日珥三大類。最為壯觀的要屬爆發日珥,本來寧靜或活動的日珥,有時會突然"怒火衝天",把氣體物質拚命往上拋射,然後迴轉著返回太陽表面,形成一個環狀,所以又稱環狀日珥。
日冕

日冕的範圍在色球之上,一直延伸到好幾個太陽半徑的地方。日冕里的物質更加稀薄,它還會有向外膨脹運動,並使得熱電離氣體粒子連續地從太陽向外流出而形成太陽風。
太陽黑子:通過一般光學望遠鏡觀測太陽,觀測到的是光球層(太陽大氣層的最裡層)的活動。在光球上經常可以看到許多黑色斑點,叫太陽黑子。太陽黑子在日面上的大小、多少、位置和形態等,每日都不一樣。太陽黑子是光球層物質劇烈運動形成的局部強磁場區域,是光球層活動的重要標誌。長期觀測太陽黑子就會發現,有的年份黑子多,有的年份黑子少,有時甚至幾天,幾十天日面上都沒有黑子。天文學家們早已注意到,太陽黑子從最多(或最少)的年份到下一次最多(或最少)的年份,大約相隔11年。也就是說,太陽黑子有平均11的活動周期,這也是整個太陽的活動周期。天文學家把太陽黑了最多的年份稱為“太陽活動峰年”,把太陽黑子最少的年份稱為“太陽活動寧靜年”。

活動

太陽太陽
太陽看起來很平靜,實際上無時無刻不在發生劇烈的活動。太陽由里向外分別為太陽核反應區、太陽對流層、太陽大氣層。其中22億分之一的能量輻射到地球,成為地球上光和熱的主要來源。

太陽表面和大氣層中的活動現象,諸如太陽黑子、耀斑和日冕物質噴發(日珥)等,會使太陽風大大增強,造成許多地球物理現象──例如極光增多、大氣電離層和地磁的變化。太陽活動和太陽風的增強還會嚴重干擾地球上無線電通訊及航天設備的正常工作,使衛星上的精密電子儀器遭受損害,地面通訊網路、電力控制網路發生混亂,甚至可能對太空梭和空間站中太空人的生命構成威脅。因此,監測太陽活動和太陽風的強度,適時作出“空間氣象”預報,越來越顯得重要。

黑子

4000年前古時候祖先肉眼都看到了像3條腿的烏鴉的黑子,通過一般的光學望遠鏡觀測太陽,觀測到的是光球層的活動。在光球上常常可以看到很多黑色斑點,它們叫做“太陽黑子”。太陽黑子在日面上的大小、多少、位置和形態等,每天都不同。太陽黑子是光球層物質劇烈運動而形成的局部強磁場區域,也是光球層活動的重要標誌。長期觀測太陽黑子就會發現,有的年份黑子多,有的年份黑子少,有時甚至幾天,幾十天日面上都沒有黑子。天文學家們早就注意到,太陽黑子從最多或最少的年份到下一次最多或最少的年份,大約相隔11年。也就是說,太陽黑子有平均11年的活動周期,這也是整個太陽的活動周期。天文學家把太陽黑子最多的年份稱之為“太陽活動峰年”,把太陽黑子最少的年份稱之為“太陽活動谷年”。
經過數世紀的研究,人類對太陽黑子的研究已經有了一定的成果。
分為以下幾點:
1、太陽黑子是太陽表面溫度相對較低而顯得黑的區域。
2、黑子會對地球的磁場和電離層產生干擾,指南針不能正確指示方向,動物迷路,無線電通訊受到嚴重影響或中斷,直接危害飛機、輪船、人造衛星等通訊系統安全。
太陽黑子活動的高峰期,太陽會發射大量的高能粒子流與X射線,引起地球磁暴現象,導致氣候異常,地球上微生物因此大量繁殖,這就為流行疾病提供了溫床。同時,太陽黑子的活動,還會引起生物體物質出現電離現象,引起感冒病毒中遺傳因子變異,或者發生突變性的遺傳,產生強感染力的亞型流感病毒,形成流行性感冒,或者導致人體的生理髮生其他複雜的生化反應,影響健康。因此,太陽黑子量達到高峰期時,人類要及早預防流行性疾病。
有趣的是,一位瑞士天文學家發現,太陽黑子多的時候,氣候乾燥,農業豐收,黑子少的時候,暴雨成災。地震工作者發現,太陽黑子數目增多的時候,地球上的地震也多。植物學家發現,植物的生長也隨著太陽黑子的出現而呈現11年周期的變化,黑子多長得快,黑子少長得慢。

耀斑

太陽耀斑是一種劇烈的太陽活動。一般認為發生在色球層中,所以也叫“色球爆發”。其主要觀測特徵是,日面上(常在黑子群上空)突然出現迅速發展的亮斑閃耀,其壽命僅在幾分鐘到幾十分鐘之間,亮度上升迅速,下降較慢。特別是在太陽活動峰年,耀斑出現頻繁且強度變強。
別看它只是一個亮點,一旦出現,簡直是一次驚天動地的大爆發。這一增亮釋放的能量相當於10萬至100萬次強火山爆發的總能量,或相當於上百億枚百噸級氫彈的爆炸;而一次較大的耀斑爆發,在一二十分鐘內可釋放10的25次冪焦耳的巨大能量。
除了日面局部突然增亮的現象外,耀斑更主要表現在從射電波段直到X射線的輻射通量的突然增強;耀斑所發射的輻射種類繁多,除可見光外,有紫外線、X射線和伽瑪射線,有紅外線和射電輻射,還有衝擊波和高能粒子流,甚至有能量特高的宇宙射線。
耀斑對地球空間環境造成很大影響。太陽色球層中一聲爆炸,地球大氣層即刻出現繚繞餘音。耀斑爆發時,發出大量的高能粒子到達地球軌道附近時,將會嚴重危及宇宙飛行器內的太空人和儀器的安全。當耀斑輻射來到地球附近時,與大氣分子發生劇烈碰撞,破壞電離層,使它失去反射無線電電波的功能。無線電通信尤其是短波通信,以及電視台、電台廣播,會受到干擾甚至中斷。耀斑發射的高能帶電粒子流與地球高層大氣作用,產生極光,並干擾地球磁場而引起磁暴。
此外,耀斑對氣象和水文等方面也有著不同程度的直接或間接影響。正因為如此,人們對耀斑爆發的探測和預報的關切程度與日俱增,正在努力揭開耀斑的奧秘。

光斑

太陽噴射出的一個離子環太陽噴射出的一個離子環
太陽光球層上比周圍更明亮的斑狀組織。用天文望遠鏡對它觀測時,常常可以發現:在光球層的表面有的明亮有的深暗。這種明暗斑點是由於這裡的溫度高低不同而形成的,比較深暗的斑點叫做“太陽黑子”,比較明亮的斑點叫做“光斑”。光斑常在太陽表面的邊緣“表演”,卻很少在太陽表面的中心區露面。因為太陽表面中心區的輻射屬於光球層的較深氣層,而邊緣的光主要來源光球層較高部位,所以,光斑比太陽表面高些,可以算得上是光球層上的“高原”。光斑也是太陽上一種強烈風暴,天文學家把它戲稱為“高原風暴”。不過,與烏雲翻滾,大雨滂沱,狂風捲地百草折的地面風暴相比,“高原風暴”的性格要溫和得多。光斑的亮度只比寧靜光球層略強一些,一般只大10%;溫度比寧靜光球層高300℃。許多光斑與太陽黑子還結下不解之緣,常常環繞在太陽黑子周圍“表演”。少部分光斑與太陽黑子無關,活躍在70°高緯區域,面積比較小,光斑平均壽命約為15天,較大的光斑壽命可達三個月。光斑不僅出現在光球層上,色球層上也有它活動的場所。當它在色球層上“表演”時,活動的位置與在光球層上露面時大致吻合。不過,出現在色球層上的不叫“光斑”,而叫“譜斑”。實際上,光斑與譜斑是同一個整體,只是因為它們的“住所”高度不同而已,這就好比是一幢樓房,光斑住在樓下,譜斑住在樓上。

米粒組織

米粒組織是太陽光球層上的一種日面結構。呈多角形小顆粒形狀,得用天文望遠鏡才能觀測到。米粒組織的溫度比米粒間區域的溫度約高300℃,因此,顯得比較明亮易見。雖說它們是小顆粒,實際的直徑也有1000公里-2000公里。

明亮的米粒組織很可能是從對流層上升到光球的熱氣團,不隨時間變化且均勻分布,且呈現激烈的起伏運動。米粒組織上升到一定的高度時,很快就會變冷,並馬上沿著上升熱氣流之間的空隙處下降;壽命也非常短暫,來去匆匆,從產生到消失,幾乎比地球大氣層中的雲消煙散還要快,平均壽命只有幾分鐘,此外,發現的超米粒組織,其尺度達3萬公里左右,壽命約為20小時。

有趣的是,在老的米粒組織消逝的同時,新的米粒組織又在原來位置上很快地出現,這種連續現象就像我們日常所見到的沸騰米粥上不斷地上下翻騰的熱氣泡。

太陽風

太陽風是一種連續存在,來自太陽並以200-800km/s的速度運動的電漿流這種物質雖然與地球上的空氣不同,不是由氣體的分子組成,而是由更簡單的比原子還小一個層次的基本粒子——質子和電子等組成,但它們流動時所產生的效應與空氣流動十分相似,所以稱它為太陽風。

當然,太陽風的密度與地球上的風的密度相比,是非常非常稀薄而微不足道的,一般情況下,在地球附近的行星際空間中,每立方厘米有幾個到幾十個粒子。而地球上風的密度則為每立方厘米有2687億億個分子。太陽風雖然十分稀薄,但它刮起來的猛烈勁卻遠遠勝過地球上的風。在地球上,12級颱風的風速是每秒32.5米以上而太陽風的風速,在地球附近卻經常保持在每秒350-450千米,是地球風速的上萬倍,最猛烈時可達每秒800千米以上。

太陽風從太陽大氣最外層的日冕,向空間持續拋射出來的物質粒子流。這種粒子流是從冕洞中噴射出來的,其主要成分是氫粒子和氦粒子。太陽風有兩種:一種持續不斷地輻射出來,速度較小,粒子含量也較少,被稱為“持續太陽風”;另一種是在太陽活動時輻射出來,速度較大,粒子含量也較多,這種太陽風被稱為“擾動太陽風”。擾動太陽風對地球的影響很大,當它抵達地球時,往往引起很大的磁暴與強烈的極光,同時也產生電離層騷擾。

冕洞

冕洞的分布區域可達太陽表面多數地區,尤其是在太陽的兩極地區,科學家已經發現冕洞內部存在磁場線的閉合和開放,如果磁場線突然打開或者閉合,那么太陽表面就會出現較大範圍的冕洞覆蓋現象,其分布區域遠大於兩極地區,冕洞形成時可攜帶大量的炙熱電漿,磁場線開放的區域可以看到冕洞的一些細節上變化,比如冕洞周圍出現類似浪花狀的結構等。

事實上,冕洞分布在日冕物質中密度較低的空間,而且溫度極高,可達到數百萬度。

太陽動力學天文台目前正在監視太陽表面的異常變化,太陽正處於為期11年的活動周期尖峰時段,未來我們還將看到強烈的太陽耀斑以及日冕物質拋射等現象。

這些太陽活動的背後都有磁場因素的介入,對太陽活動的判斷似乎較為困難。科學家還發現如果冕洞發生的區域分布在太陽表面的高緯度地區,那么可形成速度較快的太陽風。

太陽的未來

太陽上絕大多數的氫正逐漸燃燒轉變為氦,可以說太陽正處於最穩定的主序星階段。對太陽這樣質量的恆星而言,主序星階段約可持續110億年。恆星由於放出光而慢慢地在收縮,而在收縮過程中,中心部分的密度就會增加,壓力也會升高,使得氫會燃燒得更厲害,這樣一來溫度就會升高,太陽的亮度也會逐漸增強。太陽自從45億年前進入主序星階段到如今,太陽光的亮度增強了30%,預計今後還會繼續增強,使地球溫度不斷升高。

65億年後,當太陽的主序星階段結束時,預計太陽光的亮度將是如今的2.2倍,而地球的平均溫度要比如今高60℃左右。屆時就算地球上仍有海水,恐怕也快被蒸發光了。若僅從平均溫度來看,火星反而會是最適宜人類居住的星球。在主序星階段,因恆星自身引力而造成收縮的這股向內的力和因燃燒而引起的向外的力會互相牽制而達到平衡。但在65億年後,太陽中心部分的氫會燃盡,最後只剩下其周圍的球殼狀部分有氫燃燒。在球殼內不再燃燒的區域,由於抵消引力的向外的力減弱而開始急速收縮,此時太陽會越來越亮,球殼外側部分因受到影響而導致溫度升高並開始膨脹,這便是另一個階段--紅巨星階段的開始。紅巨星階段會持續數億年,其間太陽的亮度會達到如今的2000倍,木星和土星周圍的溫度也會升高,木星的冰衛星以及作為土星特徵的環都會被蒸發得無影無蹤,最後,太陽的外層部分甚至會膨脹到如今的地球軌道附近。

另一方面,從外層部分會不斷放出氣體,最終太陽的質量會減至主序星階段的60%。因太陽引力減弱之故,行星開始遠離太陽。當太陽質量減至原來的60%時,行星和太陽的距離要比現在擴大70%。這樣一來,雖然水星和金星被吞沒的可能性極大,但地球在太陽外層部分到達之前應該會拉大距離而存活下來,火星和木星型行星(木星,土星,天王星,海王星)也會存活下來。

像太陽這般質量的星球,在其密度已變得非常高的中心部分只會收縮到一定程度,也就是溫度只會升高到某種程度,中心部分的火會漸漸消失。太陽逐漸失去光芒,膨脹的外層部分將收縮,冷卻成緻密的白矮星。通過紅巨星時代考驗而存留下來的行星將會繼續圍繞太陽運行,所有一切都將被凍結,最後太陽系迎接的將會是寂靜狀態的結束。
若太陽這種恆星變為白矮星,每秒自轉一周。密度至少為1.41*10^11kg/m^3。

輻射光度

輻射

到達地球大氣上界的太陽輻射能量稱為天文太陽輻射量。在地球位於日地平均距離處時,地球大氣上界垂直於太陽光線的單位面積在單位時間內所受到的太陽輻射的全譜總能量,稱為太陽常數。太陽常數的常用單位為瓦/米2。因觀測方法和技術不同,得到的太陽常數值不同。世界氣象組織(WMO)1981年公布的太陽常數值是1368瓦/米2。地球大氣上界的太陽輻射光譜的99%以上在波長 0.15~4.0微米之間。大約50%的太陽輻射能量在可見光譜區(波長0.4~0.76微米),7%在紫外光譜區(波長0.76微米),最大能量在波長 0.475微米處。由於太陽輻射波長較地面和大氣輻射波長(約3~120微米)小得多,所以通常又稱太陽輻射為短波輻射,稱地面和大氣輻射為長波輻射。太陽活動和日地距離的變化等會引起地球大氣上界太陽輻射能量的變化。

光度

太陽光度為383億億億瓦,絕對星等為4.8,他是一顆黃色G2型矮星,有效溫度等於開氏5800度。太陽與在軌道上繞它公轉的地球的平均距離為149597870km(499.005光秒或1天文單位)。按質量計,它的物質構成是71%的、26%的氦和少量重元素。太陽圓面在天空的角直徑為32角分,與從地球所見的月球的角直徑很接近,是一個奇妙的巧合(太陽直徑約為月球的400倍而離我們的距離恰是地月距離的400倍),使日食看起來特別壯觀。由於太陽比其他恆星離我們近得多,其視星等達到-26.8,成為地球上看到最明亮的天體。太陽每25.4天自轉一周(平均周期;赤道比高緯度自轉得快),每2億年繞銀河系中心公轉一周。太陽因自轉而呈輕微扁平狀,與完美球形相差0.001%,相當於赤道半徑與極半徑相差6km(地球這一差值為21km,月球為9km,木星9000km,土星5500km)。差異雖然很小,但測量這一扁平性卻很重要,因為任何稍大一點的扁平程度(哪怕是0.005%)將改變太陽引力對水星軌道的影響,而使根據水星近日點進動對廣義相對論所做的檢驗成為不可信。

生命周期

日冕日冕

太陽所處的主序星階段,通過對恆星演化及宇宙年代學模型的計算機模擬,已經歷了大約45.7億年。45.9億年前一團氫分子雲的迅速坍縮形成了一顆第三代第一星族的金牛T星,即太陽。這顆新生的恆星沿著距銀河系中心260000光年的近乎圓形軌道運行。

太陽在其主序星階段已經到了中年期,在這個階段它核心內部發生的恆星核合成反應將氫聚變為氦。在太陽的核心,每秒能將超過400萬噸物質轉化為能量,生成中微子太陽幅射。以這個速度,太陽至今已經將大約100個地球質量的物質轉化成了能量。太陽作為主序星的時間大約持續100億年。

太陽的質量不足以爆發為超新星。在50~60億年後,太陽將轉變成紅巨星,當其核心的氫耗盡導致核心收縮及溫度升高時,太陽外層將會膨脹。當其核心溫度升高到100000000K時,將發生氦的聚變而產生碳,從而進入漸近巨星分支。

紅巨星階段之後,由熱產生的強烈脈動會拋掉太陽的外殼,形成行星狀星雲。失去外殼後剩下的只有極為熾熱的恆星核,它將會成為白矮星,在漫長的時間中慢慢冷卻和暗淡下去。

這就是中低質量恆星的典型演化過程。

產生能量

太陽太陽

作為一顆恆星太陽,其總體外觀性質是,光度為383億億億瓦,絕對星等為4.8,他是一顆黃色G2型矮星,有效溫度等於開氏5800度。太陽與在軌道上繞它公轉的地球的平均距離為149597870km(499.005光秒或1天文單位)。按質量計,它的物質構成是71%的氫、26%的氦和少量重元素。太陽圓面在天空的角直徑為32角分,與從地球所見的月球的角直徑很接近,是一個奇妙的巧合(太陽直徑約為月球的400倍而離我們的距離恰是地月距離的400倍),使日食看起來特別壯觀。由於太陽比其他恆星離我們近得多,其視星等達到-26.8,成為地球上看到最明亮的天體。太陽每25.4天自轉一周(平均周期;赤道比高緯度自轉得快),每2億年繞銀河系中心公轉一周。太陽因自轉而呈輕微扁平狀,與完美球形相差0.001%,相當於赤道半徑與極半徑相差6km(地球這一差值為21km,月球為9km,木星9000km,土星5500km)。差異雖然很小,但測量這一扁平性卻很重要,因為任何稍大一點的扁平程度(哪怕是0.005%)將改變太陽引力對水星軌道的影響,而使根據水星近日點進動對廣義相對論所做的檢驗成為不可信。

太陽風

太陽風是一種連續存在,來自太陽並以200-800km/s的速度運動的電漿流。這種物質雖然與地球上的空氣不同,不是由氣體的分子組成,而是由更簡單的比原子還小一個層次的基本粒子——質子和電子等組成,但它們流動時所產生的效應與空氣流動十分相似,所以稱它為太陽風。

太陽光

到達地球大氣上界的太陽輻射能量稱為天文太陽輻射量。在地球位於日地平均距離處時,地球大氣上界垂直於太陽光線的單位面積在單位時間內所受到的太陽輻射的全譜總能量,稱為太陽常數。太陽常數的常用單位為瓦/平方米。因觀測方法和技術不同,得到的太陽常數值不同。世界氣象組織 (WMO)1981年公布的太陽常數值是1368瓦/平方米。地球大氣上界的太陽輻射光譜的99%以上在波長 0.15~4.0微米之間。大約50%的太陽輻射能量在可見光譜區(波長0.4~0.76微米),7%在紫外光譜區(波長<0.4微米),43%在紅外光譜區(波長>0.76微米),最大能量在波長 0.475微米處。由於太陽輻射波長較地面和大氣輻射波長(約3~120微米)小得多,所以通常又稱太陽輻射為短波輻射,稱地面和大氣輻射為長波輻射。太陽活動和日地距離的變化等會引起地球大氣上界太陽輻射能量的變化。地球上除原子能和火山、地震以外,太陽能是一切能量的總源泉。

天體衛星

衛星是指圍繞行星所運行的天體。衛星分為天然衛星和人造衛星,其中,木星的天然衛星最多。在太陽系裡,除水星和金星以外,其他行星都有天然衛星。行星的氣體和塵埃會碰撞、合併。沒有組成行星的天體除了天然衛星,還有小行星彗星等。

火星的兩顆衛星是霍爾在海軍天文台發現的。以往的觀測沒能發現它們是因為這兩顆衛星異常得渺小。霍爾把外層的衛星叫做火衛二,內層的叫做火衛一。

木星木星
木星是太陽系衛星較多的一顆行星,木星的衛星是按照發現的先後順序編號的。1610年,伽利略用自製的天文望遠鏡觀測到4顆衛星。天文家門為了紀念伽利略的這一重大發現,將這4顆衛星命名為伽利略衛星。這4顆衛星由內到外依次是依奧,歐羅拔,嘉里美,卡利斯托。它們分別被簡稱為木衛一,木衛二,木衛三,木衛四,它們的表面特徵很不一樣。木衛一是至今在太陽系所觀測到的火山活動最為頻繁的激烈的天體,這一發現給天文學家們對太陽系天體研究提供了新的啟示。木衛二體積比月球小,但密度和月球差不多。木衛三是木星最大的一顆衛星。木衛四的表面布滿了密密麻麻的損石坑。

木星的衛星形態各種各樣、五花八門。最著名的土衛六上有大氣,是目前發現的太陽系衛星中,唯一存在大氣的天體。土星是太陽系衛星最多的一顆行星,周圍有很多大大小小的衛星圍繞著它鏇轉,就像一個家族。目前為止,一共發現了23顆。

天王星與太陽系中的其他天體不同,天王星的衛星並不是以古代神話中的人物而命名的,而是用莎士比亞羅馬教皇作品中人物的名字命名的。天王星也有很多衛星,其中有直徑470公里的很大的衛星。

海王星是環繞太陽運行的一顆淡藍色的行星,是典型的氣體行星。海王星有8顆衛星。以前認為海王星只有2顆衛星,即海衛一和海衛二。通過探測發現了6顆較小的衛星,從而海王星的衛星達到了8顆。

衛星查龍的大小占冥王星的一半以上。冥王星與衛星查龍之間的距離僅有2萬公里。冥王星的公轉周期和衛星查龍的公轉周期是一樣的。

研究歷史

太陽太陽
人類對太陽的觀測可以追溯到公元前2000年,在中國古代的典籍《尚書》中記載了發生在夏代的一次日食。中國古代漢字中用⊙代表太陽,表明中國很早以前就已看到了太陽黑子。《漢書·五行志》中記載了人類最早的黑子記錄:“日出黃,有黑氣大如錢,居日中央。”公元前400年,希臘人曾經看到過太陽黑子,但在歐洲被遺忘,直到1605年伽利略通過望遠鏡重新發現了它。

1239年,俄羅斯的編年史中曾提到過日珥,稱其為“火舌”,1842年在一次日食中重新發現了日珥。1843年,Schwabe發現了太陽活動的11年周期,1851年在一次日食中拍攝到了第一張日冕的照片。1859年人們發現了太陽耀斑。

英國物理學家牛頓使用三稜鏡將太陽光分解為光譜,發現太陽光是由七種顏色的光混合而成的。英國天文學家威廉·赫歇爾在太陽光中發現了紅外線。1824年,夫琅禾費發現了太陽光譜中的譜線,1868年又在太陽光譜中發現了一種新的元素,取名為氦(helium,意為太陽神),次年又發現了新的譜線,認為是另外一種元素,定名為coronium,後證明這只是普通元素的高電離態譜線。

1908年,美國天文學家海耳發現黑子具有很強的磁場。1930年發明了日冕儀,使得隨時觀測日冕成為可能。1938年,漢斯·貝特提出了恆星內部質子-質子鏈反應和碳氮氧循環兩種核反應過程,闡明了太陽的能源機制。

20世紀70年代以來,空間天文的迅速發展大大促進了太陽的研究。1971年,OSO-7衛星觀測到了日冕物質拋射,1975年Deubner奠定了日震學的基礎。美國的天空實驗室搭載的X射線望遠鏡觀測了太陽的X射線輻射。1980年代SMM衛星首次在硬X射線波段對耀斑進行了成像。1990年,美國發射了尤里西斯號探測器觀測太陽的極區。其他太陽觀測衛星還有美國1995年發射的SOHO衛星、1998年發射的TRACE衛星、2002年發射的RHESSI衛星、2006年發射的STEREO衛星,日本1991年發射的陽光衛星(Solar-A)、2006年發射的日出衛星(Solar-B)等。

文學意象

對於人類來說,太陽無疑是宇宙中最重要的天體。萬物生長靠太陽,沒有太陽,地球上就不可能有姿態萬千的生命現象,當然也不會孕育出作為智慧型生物的人類。太陽給人們以光明和溫暖,它帶來了日夜和季節的輪迴,左右著地球冷暖的變化,為地球生命提供了各種形式的能源。也正因此,太陽成為永恆的象徵,在很多文學作品及歌曲中得到頌揚傳唱。
在人類歷史上,太陽一直是許多人頂禮膜拜的對象。中華民族的先民把自己的祖先炎帝尊為太陽神;而在古希臘神話中,太陽神則是宙斯(萬神之王)的兒子。
有關太陽的名句:泰戈爾——如果你因失去了太陽而流淚,那么你也失去了群星。
Ifyoushedtearswhenyoumissthesun,youalsomissthestars。

希臘神話

太陽神阿波羅太陽神阿波羅
太陽神阿波羅是天神宙斯和女神勒托(Leto)所生之子。神後赫拉(Hera)由於妒忌宙斯和勒托的相愛,殘酷地迫害勒托,致使她四處流浪。後來總算有一個浮島德羅斯收留了勒托,她在島上艱難地生下了日神和月神。於是赫拉就派巨蟒皮托前去殺害勒托母子,但沒有成功。後來,勒托母子交了好運,赫拉不再與他們為敵,他們又回到眾神行列之中。阿波羅為替母報仇,就用他那百發百中的神箭射死了給人類帶來無限災難的巨蟒皮托,為民除了害。阿波羅在殺死巨蟒後十分得意,在遇見小愛神厄洛斯(Eros)時譏諷他的小箭沒有威力,於是厄洛斯就用一枝燃著戀愛火焰的箭射中了阿波羅,而用一枝能驅散愛情火花的箭射中了仙女達佛涅(Daphne),要令他們痛苦。達佛涅為了擺脫阿波羅的追求,就讓父親把自己變成了月桂樹,不料阿波羅仍對她痴情不已,這令達佛涅十分感動。而從那以後,阿波羅就把月桂作為飾物,桂冠成了勝利與榮譽的象徵。每天黎明,太陽神阿波羅都會登上太陽金車,拉著韁繩,高舉神鞭,巡視大地,給人類送來光明和溫暖。所以,人們把太陽看作是光明和生命的象徵。

北歐神話

豐饒興旺愛情和平之神,美麗的仙國阿爾弗海姆的國王。一說他與巴爾德爾同為光明之神,或稱太陽神。他屬下的小精靈在全世界施言行善。他常騎一隻長著金黃色鬃毛的野豬出外巡視。人人都享受著他恩賜的和平與幸福。他有一把寶劍,光芒四射,能騰雲駕霧。他還有一隻袖珍魔船,必要時可運載所有的神和他們的武器。

中國神話

在中國古典詩歌作品中,太陽意象不僅出現的次數多,而且涉及的內容也十分豐富。它的起源可追溯到原始的太陽崇拜,後來逐漸衍生出皇權、家庭溫暖、時間短促、離情別恨等多種含義。

后羿射日
相傳上古時期,夏代有窮國的國王是一個名叫后羿的英俊男子。那后羿不僅長得瀟灑,而且文武雙全,天文、地理無所不知,謀略、武藝無所不精,尤其還射得一手好箭。有窮國在后羿的英明治理下,蒸蒸日上,威震四方。人們豐衣足食,安居樂業,日出而作,日落而息,呈現一派豐盛祥和的景象。

后羿每天處理完國事後,就帶上心愛的弓箭(聽說此箭乃神靈所賜),到射箭場進行練習,日復一日,年復一年,從未間斷。他的箭術已到出神入化、無人能比的地步。

日子在和平、美滿中一天天過去,有窮國日趨繁榮。就在人們沉浸在幸福、滿足之中時,突然,禍從天降。

那是仲夏的一天,那天早晨和往日並無不同,可到了日出時候,東方一下子升出來十個太陽。人們看著眼前的一切,目瞪口呆。大家清楚,天上掛著十個太陽意味著什麼。立時,哭喊著、祈禱聲一片。人們用盡各種辦法祈求上天開恩,收回多出的九顆太陽,但一切無濟於事。一天又一天,田裡的莊稼漸漸枯萎,河裡的水慢慢乾涸,老弱病殘者一個接一個地倒下……

后羿看著眼前的一切,心如刀絞,可是無計可施。他愁腸欲斷,焦慮萬分,日漸憔悴。一天,睏倦不已的他剛搭上眼,忽夢見一白鬍老人,老人指點他,將九個箭靶做成太陽形狀,每天對準靶心,練上七七四十九天后,便可射落天上的太陽,並囑咐他,此事不可外揚,只有到了第五十天才可讓人知道。后羿睜開眼,驚喜不已,立刻動手做箭靶,箭靶做好後,便帶上箭躲到深山裡,沒日沒夜地練起來。到了第五十天,國王要射日的訊息傳出後,在死亡線上掙扎的人們精神頓時振奮起來,仿佛看到了生的希望。人們唯恐后羿的箭射不落太陽,男女老幼頂著火一般的烈日,用最短的時間,搭起一座數米高的樓台,並抬來戰鼓,為后羿吶喊助威。后羿在震耳欲聾的鼓聲里,一步步登上樓台,在他身後,是無數雙渴求、期盼的眼睛,在他周圍,是痛苦呻吟的土地,在他頭頂,是熾熱、張狂的太陽。他告訴自己只能成功,不許失敗。儘管知道走的是一條不歸路,但為了救出受苦受難的民眾,他無怨無悔。

終於到達樓頂了,后羿回首最後一次看了看他的臣民,他的王宮,然後抬起頭,舉起手中的箭,緩緩拉開弓。“嗖”,只聽一聲巨響,被擊中的太陽應聲墜下,隨即不知去向。台下一片歡呼,吶喊聲、戰鼓聲穿透雲霄。后羿一鼓作氣,連連拉弓,又射落了七顆。還剩最後兩顆了,此時,他已精疲力盡,可他知道,天上只能留下一顆太陽,如果此時放棄,就意味著前功盡棄。他再一次舉起箭,用盡全身力氣,將第九顆太陽擊落後,便一頭栽倒在地,再也沒起來。一切恢復了原樣,而勇敢、可敬的后羿卻永遠閉上了眼睛……
被射中的九顆太陽,墜落到九個不同的地方。其中的一顆,掉到了黃海邊上,並砸出了一個湖,這個湖後人稱作射陽湖。不久,從射陽湖裡流出一條河,人們把它稱作射陽河。

山海經》中的神話傳說
在遙遠的東南海外,有一個羲和國,國中有一個異常美麗的女子叫羲和,她每天都在甘淵中洗太陽。太陽在經過夜晚之後就會被污染,經過羲和的洗滌,那被污染了的太陽,在第二天升起的時候仍會皎潔如初。這個羲和,實際上是傳說中的上古帝王帝俊的妻子,她生了十個太陽,並且讓這十個太陽輪流在空中執勤,把光明與溫暖送到人間。這十個太陽的出發地十分荒涼偏僻,那地方有座山,山上有棵扶桑樹,樹高三百里,但它的葉子卻像芥子一般大小。樹下有個深谷叫湯谷,這是太陽洗浴的地方。它們洗浴完了,就藏在樹枝上擦摩身子。每天由最上邊的那一個騎著鳥兒巡遊天空,其他的便依次上登,準備出發。

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