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[天体百科] 太阳简介

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发表于 2009-5-15 23:28 | 显示全部楼层 |阅读模式
对于我们来说,除了我们居住的地球,天体里最熟悉且对于人类作用最大的莫过于太阳了。太阳不仅给予地球光明和温暖,而且为地球上的生命提供了各种形式的能源,使得地球呈现出一派生机勃勃的景象。

    鉴于Z版已经比较详细剖析了太阳系中的八大行星的基本概况,这边我再简要介绍一下太阳系中的“首领”,也是太阳系中唯一的一颗恒星——太阳的基本情况,这样基本完善了整个太阳系中天体的介绍。

    太阳是距离地球最近的恒星,体积和亮度在宇宙中的恒星里属于中等。和地球相似,太阳也有磁场和自转,其核心温度高达1500万摄氏度,压力是地球的340亿倍,在这里进行着核聚变(聚变原理如下,转自《天文知识基础》)

聚变导致4个质子或氢原子产生一个α粒子或氦原子核。α粒子的质量比4个质子小0.7%,剩余的质量转化成了能量被释放到太阳的表面,并散发出光和热量。太阳核心的能量一般需要通过几百万年才能达到其表面。

    概括来说,太阳每秒钟约有7亿吨的氢被转化为氦,在这个过程中,大致有500万吨的净能量被释放(占7亿吨的0.7%左右),因此太阳能够发光


       至今,太阳的年龄约为46亿年,据计算,它还可以继续燃烧50亿年左右的时间,显然现在正处于中年时期。在其存在的最后阶段,太阳中聚变成的氦元素将转变为铁元素,太阳的体积将会不断扩张——即进入红巨星阶段。在此期间,太阳系中靠近太阳的水星、金星和地球将会被吞噬。

    红巨星一般延续1亿年左右,随后引力起主导作用,太阳会很快塌缩成一颗白矮星(恒星的消亡阶段)。注意,由于太阳质量比较小,因此不会塌缩成黑洞。然后再经历几万亿年,它将变成一个不发光也不发热的褐矮星。

    在银河系的庞大星族里,太阳只是非常普通的一员。其基本参数如下:

质量:     1.99*10的30次方kg
年龄:     46亿年左右
半径:     695990 km
表面温度: 5770K
中心温度: 1.5*10的7次方K
中心压力: 3300亿个大气压
平均密度: 1400 kg/立方米
日地距离: 一个天文单位(AU)——1.496亿公里
自转周期: 25天(指赤道地区,往两极时间逐渐变长,想想为什么会不同步)
主要元素: 氢

太阳.jpg
 楼主| 发表于 2009-5-15 23:33 | 显示全部楼层

太阳结构

太阳结构可以大致分为内部和外部。

    太阳的内部主要可以分为3层:核心区、辐射层和对流层(和地球的地核、地幔和地壳位置相似)

太阳结构.jpg

    其中太阳的能量来源于其核心部分。太阳其实没有明显的核心分界线,一般核心是指产生核熔合反应之处。由于内部压力大,密度高,因此核心占太阳总质量的50%,而只占太阳半径的10%。太阳99%的能量来自太阳核心的核反应。

    辐射层包在核心层外面,它是核心区向外传递能量的一个介质,也是高温高压状态,只是比核心区低得多。上文已经说过,一般核心区产生的能量要通过几百万年才能穿越这一层到达太阳表面。

    辐射层的外面是对流层(相当于地球的地壳这个位置),能量一旦到了对流层,传递的速度可快得多了。这一层中大量的气体是以对流方式向外输送能量(加热上升,上升过程中冷却了再下降),这就是我们在太阳大气光球层上看到的类似“米粒组织”(见下文)

    太阳外部也是我们可以看到太阳的部分,也就是太阳活动层面。它基本上包含了光球层、色球层、日冕、日珥、耀斑和黑子等等太阳表面活动的区域。

太阳分层结构纵向平面图.jpg

    光球层就是我们实际看到的太阳的圆面,它是一层不透明的气体薄层,厚度一般在400公里,它是辐射出太阳能量绝大部分的层面。上面的斑点结构称为“米粒组织”(如下图),是太阳热气体云的顶部。光球的能量来自不同深度,形成不同温度的表面大气。

米粒组织.jpg

    有时太阳具有反常增温现象,从光球顶部到色球顶部再到日冕区,温度不断陡升(类似逆温层)。太阳能量经色球层向外传递,因此温度过高的地区就是耀斑(即耀斑是发生在色球层上,它是太阳黑子形成前在色球层产生的灼热的氢云层);而在光球的某些区域,温度稍低(一般是4000K),这个就是黑子。

    因此可以看出,耀斑和黑子分别出现在色球层和光球层上(出现层面不同),而且从时间上来说一般是紧挨着出现的,所以黑子群周围往往出现耀斑,黑子越多,耀斑也更加频繁。因此发出的辐射和带点微粒可以同地球上的磁场和电离层相互作用导致地球上短波通讯受到影响,并在极地出现极光。

    日冕是包围太阳的一层发光的高温稀薄气体,可以形象理解为太阳大气的外层,故亮度比较微弱,一般只有发生日全食的时候用日冕仪才能观察到。注意,日珥也发生在这个区域。日冕的温度有时可以达到200万K,因高温而不断向外发出带电微粒向外扩散,就叫做太阳风。

太阳表面磁场结构.jpg 太阳表面磁场结构特写.jpg

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发表于 2009-5-16 13:14 | 显示全部楼层
我问下太阳燃烧了这么久,温度怎么不变的啊,还越烧越热?难道它是烧不完的能源吗?
发表于 2009-5-16 13:52 | 显示全部楼层
嘿嘿,挑挑刺。:D/20

1,太阳在恒星里算是矮星,黄矮星;质量低于平均水平。这一点是地球能够产生高等生命的关键

2,核聚变的极限是铁元素,但是太阳的质量不足以聚合铁。在氦变碳氧这一步就会崩溃为白矮星,目前观测到的白矮星,主要成分是碳

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 楼主| 发表于 2009-5-16 16:21 | 显示全部楼层

太阳的工作原理就是核聚变。

核聚变是指由质量小的原子,在一定条件下(如超高温和高压),发生原子核互相聚合作用,生成新的质量更重的原子核,并伴随着巨大的能量释放的一种核反应形式(由轻的原子核变化为重的原子核)。原子核中蕴藏巨大的能量,原子核的变化(从一种原子核变化为另外一种原子核)往往伴随着能量的释放。

核聚变.jpg

D8补充的很好,前面忘了说了,太阳应该归类为G类型的矮星(按照光谱分的)

被叫做黄矮星的原因其实是因为光谱类型为G的恒星实际颜色是从白色到黄色的,像太阳在早期的颜色是白色,只有到晚期才会成为黄色。被看成黄色是因为背景是蓝天造成的(在蓝色的衬托下变得偏黄),而在地平线附近的太阳呈现红色,则是大气层的瑞利散射造成的。
发表于 2009-5-17 17:44 | 显示全部楼层
原帖由 气象一点通 于 2009-5-16 13:14 发表
我问下太阳燃烧了这么久,温度怎么不变的啊,还越烧越热?难道它是烧不完的能源吗?

由于太阳质量较小,因此中心核较小,而中心核的温度和压力才能产生核聚变反应,因此太阳每秒参与聚变反应的元素比较少,因此太阳的燃料才能维持很长时间。随着中心核慢慢由氢变氦,聚变反应开始减弱,太阳密度开始增加,由于聚变反应的减弱,引力与热核反应产生的辐射压力失衡,引力使得太阳收缩,中心核压力增大,温度上升,于是中心核边缘的氢元素的热核反应重新点燃,于是辐射压力重新增大,而高温区向外层推进,于是外层气体受热开始膨胀,这时,太阳开始进入红巨星时期。届时太阳的体积会膨胀数倍,最外层可能会到达火星轨道,所以,地球届时会被太阳外壳吞没,表面温度降至少增加2倍以上。可能北冰洋的水都会沸腾起来。当氢元素燃烧完毕后,太阳变成一个氦气体球,内部的强烈收缩,使得中心压力和温度剧增,于是点燃了另一种热核反应——氦聚变为碳。当氦元素也消耗完毕时,由于太阳的质量太小,所以中心的收缩无法产生更高的压力和温度,使得无法让碳元素也产生聚变反应,于是太阳就变成一颗白矮星,也可以称之为钻石星。这时太阳只能在浩瀚的宇宙中成为一颗慢慢蒸发的小不点,等着数亿年后消失在茫茫宇宙中。这个过程我画了几张图来演示一下,时间仓促,画的简单,凑合着看吧。

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