太陽和地球的大小比例
太陽的結構
太陽的結構從里向外主要分為:中心為熱核反應區(qū),核心之外是輻射層,輻射層外為對流層,對流層之外是太陽大氣層。
從核物理學理論推知,太陽中心是熱核反應區(qū)。太陽中心區(qū)占整個太陽半徑的1/4,約為整個太陽質量的一半以上。這表明太陽中心區(qū)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(qū)處于高密度、高溫和高壓狀態(tài)。是太陽巨大能量的發(fā)祥地。
太陽中心區(qū)產生的能量的傳遞主要靠輻射形式。太陽中心區(qū)之外就是輻射層,輻射層的范圍是從熱核中心區(qū)頂部的0.25個太陽半徑向外到0.86個太陽半徑,這里的溫度、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0.86個太陽半徑向外到達太陽大氣層的底部,這一區(qū)間叫對流層。這一層氣體性質變化很大,很不穩(wěn)定,形成明顯的上下對流運動。這是太陽內部結構的最外層。太陽對流層外是太陽大氣層。太陽大氣層從里向外又可分光球、色球和日冕。我們看到耀眼的太陽,就是太陽大氣層中光球發(fā)出的強烈的可見光。光球層位于對流層之外,屬太陽大氣層中的最低層或最里層,光球層的厚度約500公里,與約70萬公里的太陽半徑相比,好似人的皮膚和肌肉之比。我們說太陽表現的平均溫度約6000攝氏度,指的就是這一層。光球之外便是色球。平時由于地球大氣把強烈的光球可見散射開,色球便被淹沒在藍天之中。只有在日全食的時候才有機會直接飽覽色球紅艷的姿容。太陽色球是充滿磁場的等離子體層,厚約2500公里。其溫度從里向外增加,與光球頂銜接的部分約4500攝氏度,到外層達幾萬攝氏度。密度則隨高度增加而減低。整個色球層的結構不均勻,由于磁場的不穩(wěn)定性,太陽高層大氣經常產生爆發(fā)活動,產生耀斑現象。
日冕是太陽大氣的最外層。日冕中的物質也是等離子體,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。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。
太陽的內部結構
太陽的內部主要可以分為三層,核心區(qū),輻射區(qū)和對流區(qū)。
太陽的能量來源于其核心部分。太陽的核心溫度高達1500萬攝氏度,壓力相當于2500億個大氣壓。核心區(qū)的氣體被極度壓縮至水密度的150倍。在這里發(fā)生著核聚變,每秒鐘有七億噸的氫被轉化成氦。在這過程中,約有五百萬噸的凈能量被釋放(大概相當于38600億億兆焦耳,3.86后面26個0)。聚變產生的能量通過對流和輻射過程向外傳送。核心產生的能量需要通過幾百萬年才能到達表面。
輻射區(qū)包在核心區(qū)外面
這一層的氣體也處在高溫高壓狀態(tài)下(但低于核心區(qū)),粒子間的頻繁碰撞,使得在核心區(qū)產生的能量經過很久(幾百萬年)才能穿過這一層到達對流區(qū)。
輻射區(qū)的外面是對流區(qū)
能量在對流區(qū)的傳遞要比輻射區(qū)快的多.這一層中的大量氣體以對流的方式向外輸送能量.(有點像燒開水,被加熱的部分向上升,冷卻了的部分向下降.)對流產生的氣泡一樣的結構就是我們在太陽大氣的光球層中看到的"米粒組織"。
太陽是自己發(fā)光發(fā)熱的熾熱的氣體星球。它表面的溫度約6000℃,中心溫度高達1500萬℃。太陽的半徑約為696000公里,約是地球半徑的109倍。它的質量為1.989×10^27噸,約是地球的332000倍。太陽的平均密度為1.4克每立方厘米,約為地球密度的1/4。太陽與我們地球的平均距離約1.5億公里。
太陽是銀河系中的一顆普通恒星,位于銀道面之北的獵戶座旋臂上,距銀心約2.3~2.8萬光年,它以每秒250公里的速度繞銀心轉動,公轉一周約需2.5億年。太陽也在自轉,其周期在日面赤道帶約25天;兩極區(qū)約為35天。
通過對太陽光譜的分析,得知太陽的化學成分與地球幾乎相同,只是比例有所差異。太陽上最豐富的元素是氫,其次是氦,還有碳、氮、氧和各種金屬。
這是由EIT拍攝的太陽磁暴的情景,攝于1999年9月14日。它顯示的是電離氫在180,000華氏度的高溫下噴發(fā)。
太陽內核的溫度高達攝氏一千五百萬度,在那兒發(fā)生著氫-氦核聚變反應。核聚變反應每秒鐘要消耗掉約五百萬噸的物質,并轉換成能量以光子的形式釋放出來。這些光子從太陽中心到達太陽表面要花一百多萬年。光子從太陽中心出發(fā)后先要經過輻射帶,沿途在與原子微粒的碰撞丟失能量。隨后要經過對流帶,光子的能量被熾熱的氣體吸收,氣體在對流中向表面?zhèn)鬟f能量。到達對流帶邊緣后,光子已經冷卻到五千五百攝氏度了。
我們所能直接看到的是位于太陽表面的光球層。光球層比較活躍,溫度約為攝氏六千多度,屬于比較“涼爽”部分。光球層上有一個個起伏的對流單元“米粒”。每個米粒的直徑在一千六百公里左右,它們是一個個從太陽內部升上來的熱氣流的頂問。就是在不斷的對流活動中,太陽每秒鐘向宇宙空間釋放著相當于一千億個百萬噸級核彈的能量。
在光球層的某些局部溫度比較低,在可見光范圍內這些部位就顯得比其它地方黑暗,所以人們稱之為“黑子”。光球層外包裹著色球層,太陽將能量通過色球層向外傳遞。這一層中有太陽耀斑,所謂耀斑是黑子形成前產生的灼熱氫云。色球層之外是太陽大氣的最外層日冕。日冕非常龐大,可以向太空綿延數百萬公里,但只有在日全食時才可看到它。人們可以在日冕中可以看到從色球層頂端產生的巨大火焰“日餌”。
在輻射光和熱的同時,太陽也產生一種低密度的粒子流——太陽風。太陽風以每秒四百五十公里的速度向宇宙空間輻射。地球和其它某些行星的極光也是太陽風帶來的。如果一段時間內太陽風異常強大,便形成了太陽風暴。太陽的磁場極其強大復雜,其范圍甚至越過了冥王星軌道。
太陽已經46億歲了,它還可以繼續(xù)平靜地燃燒約50億年。50億年后,太陽內部的氦將轉變成更重的元素,亮度會增加到現在的一倍,體積也將不斷膨脹,水星、金星和地球都將進入它的大氣。在經歷一億年的紅巨星階段后,太陽將耗盡所有能源而坍縮成一顆白矮星,并通過向宇宙空間拋射物質而形成一個行星狀星云。
太陽基本物理參數半徑: 696295 千米.
質量: 1.989×10^30 千克
溫度: 5770℃(表面) 1560萬℃ (核心)
總輻射功率: 3.83×10^26 焦耳/秒
平均密度: 1.409 克/立方厘米
日地平均距離: 1億5千萬 千米
年齡: 約50億年
日冕:厚度數百萬千米
溫度:大約2000000℃
色球層:厚度2000~3000千米
溫度5000℃~10000℃
光球層:厚度400千米
溫度5000~8000℃