太陽宇宙觀對地球影響之探討

2009090423:54

 

太阳

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到地球的平均距离 视星等 (V) 绝对星等直径 相对直径(dS/dE) 表面面积 体积 质量 相对于地球质量 密度 相對于地球密度 相對于的密度 表面重力加速度相對表面重力加速度 表面温度 中心温度 日冕层温度 发光度 (LS) 自转周期
太阳 太阳的天文学符号

观测数据
149,597,870 千米
-26.8m
4.8m
物理数据
1,392,000公里
109.1
6.09 × 1012 千米2
1.41 × 1027 3
1.9891 × 1030

千克

333,400
1411 千克/米3
0.26
1.409
274 米/秒2
27.9 倍
5780
约1500万
5 × 106
3.827 × 1026 J s-1
轨道数据
 
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
绕银河系中心
公转周期
2.2 × 108
光球层成分
73.46 %
24.85 %
0.77 %
0.29 %
0.16 %
0.12 %
0.09 %
0.07 %
0.05 %
0.04 %

太阳是距离地球最近的恒星,是太阳系的中心天体。太阳系质量的99.87%都集中在太阳。太阳系中的八大行星小行星流星彗星外海王星天體以及星际尘埃等,都围绕着太阳运行(公转)。

目录

[隐藏]

 

[编辑] 构成

太阳从中心向外可分为核心(核融合區)、辐射層、对流层和大气层。由于太阳內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日冕3层。

[编辑] 結構

太陽結構示意圖

太陽在銀河系裡的恆星是一個近乎完美的球體,其扁率約為900萬分之一,即是說其南北兩極的直徑只比東西直徑短10公里。在自轉周期方面,由於太陽並非以固態形式存在,因此其兩極和赤道的自轉周期並不相同(赤道約為25天, 兩極则約為35天),整體平均自轉周期約為28天,其緩慢自轉所產生的離心力,以赤道位置計算,還不到其自身重力的1,800萬分之一。雖然太陽本身是太陽系的中心,大質量的木星使質心之偏離中心達一個太陽半徑,但所有行星的總質量還不到太陽的百分之五,因此來自行星的潮汐力並不足以改變太陽的形狀。

太陽不像類地行星般擁有固態表面,其氣體密度从表面至中心會成指數增長。太陽的半徑計法是以光球层的邊緣為終點,其內部的高密度氣體足以令可見光无法通過,而肉眼看見的是太陽的光球層,在0.7太陽半徑範圍内的氣體占整個太陽總質量的大多數。

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,但就像地震學能利用地震產生的震波能研究地球的內部,日震學這個學門,也能利用橫斷過太陽內部的波的壓力,來測量和描繪出太陽內部的構造。配合计算机模拟的辅助,人们便可一览太阳深处。

[编辑] 核心

主条目:太陽核心

在太陽的中心,密度高達150,000 Kg/m3(是地球上的密度的150倍),熱核反應(核聚變)將變成,釋放出的能量使太陽保持穩定的狀態。 每秒鐘大約有 3.4 ×1038 質子轉換變成氦原子核(太阳中的自由质子约为 8.9 ×1056),这个过程中大约426万吨质量經由質-能转换,釋放出3.83 ×1026 焦耳或相當於 9.15 ×1010百萬噸TNT爆炸当量的能量。核聚變的速率在自我修正下保持平衡:溫度只要略微上升,核心就會膨脹,增加抵擋外圍重量的力量,這會造成核聚變的擾動而修正反應速率;溫度略微下降,核心就會收縮一些,使核聚變的速率提高,使溫度能回復。

由中心至0.2太陽半徑的距離是核心的範圍,是太陽內唯一能進行核聚變釋放出能量的場所。太陽其餘的部份則被這些能量加熱,並將能量向外傳送,途中要經過許多相連的層次,才能到達表面的光球層,然後進入太空之中。

高能量的光子(γ和X射線)由核聚變從核心釋放出來後,要經過漫長的時間才能到達表面,緩慢的速度和不斷改變方向的路徑,還有反覆的吸收和再輻射,使到達外圍的光子能量都降低了。估計每個光子抵達表面的旅程平均需要花費5,000萬年的時間[1] ,最快的也要經歷17,000年。在穿過對流層到達旅程的終點,進入透明的表面光球層時,光子就以可見光的型態逃逸進入太空。每一個在核心的γ射線光子在進入太空前,都已經轉化成數百萬個可見光的光子。中微子也是在核心的核聚變時被釋放出來的,但是與光子不同的是他不會與其它的物質作用,因此幾乎是立刻就由太陽表面逃逸出來。多年來,測量來自太陽的微中子數量都低於理論的數值,因而產生了太陽中微子問題,直到我們對微中子有了更多的認識,才以中微子振盪解開了這個謎題。

在非常接近太陽中心的地區,溫度大約在15,000,000K,密度大約是150g/cc(大約十倍於的密度)。當由中心向太陽表面移動時,溫度和密度同時都會降低。核心邊緣的溫度只有中心的一半,約為7,000,000K,同時密度也降至大約20g/cc(與黃金的密度近似)。由於核反應對溫度和密度非常敏感,核聚變在核心的邊緣幾乎完全停止。

[编辑] 輻射層

從 0.2至約 0.7 太陽半徑,太陽的物質是熱且黏稠的,雖然仍然能夠將熱輻射向外傳輸,但是在這個區域內沒有熱對流的運動,所以離中心距離越遠的地方,溫度就會越低。這種溫度梯度低於絕熱下降率,所以不會造成物質的流動。熱能的傳輸全靠氫和氦的輻射-離子發射的光子,但只能傳遞很短的距離就會被其他的離子再吸收。

核心外緣的密度約為20g/cc,至輻射層頂的密度則只有0.2g/cc,遠小於地球上水的密度,在相同的距離中溫度亦從7,000,000K降至2,000,000K。

[编辑] 對流層

從0.7太陽半徑至可見的太陽表面是對流層。此處的太陽物質不再是高熱與黏滯的,電子也開始被原子核束縛住,所以熱能由內向外的傳遞不再依靠輻射,而是經由熱對流產生熱柱,讓熱的物質將能量攜帶至太陽的表面。一旦表面溫度下降,這些物質便會往下沉降,再回到對流層內,甚至會回到最深處,從輻射層的頂端再接收熱能。在輻射層頂與對流層底之間,被認為還存在著對流超越區(Convective overshoot),由一些騷亂的湍流將能量由輻射層頂帶進對流層底。

這幾年來,在更多的細節被發現後,這個薄層變得非常引人注意。現在這一層也被認為是產生太陽磁場的磁發電機,流體在橫越這一層時流動速度的改變,能夠擴展磁場線的力量並且增強磁場,同時在經過這一層之後,化學成分好像也突然改變了。

在對流層的熱柱會在太陽的表面形成一種特徵,也就是在觀測時看見的米粒組織超米粒組織。在對流層內,由內部向外的小湍流,在向表面升起時,就像一部部“小規模”的發電機,在太陽表面各處引發小區域的磁南極和磁北極。

在對流層底部的溫度大約是2,000,000K,這已經冷得足夠讓較重的離子(如碳、氮、氧、鈣和鐵)能捕捉住一些電子,使得物質變得更不透明,因此輻射線變得更難以穿透。伴隨著輻射被阻擋的熱能,最後終將使流體被加熱然後沸騰,或說是產生對流。對流運動能迅速的將熱量帶至表面,同時流體在上昇的過程中膨脹和冷卻,到達可見的表面時,溫度已經降至6,000K,密度則僅僅只有0.0000002g/cc(大約是海平面空氣密度的萬分之一)。