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极端太阳风暴是什么。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。