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太阳 [复制链接]

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只看楼主 倒序阅读 0楼 发表于: 2005-05-19

万物生长靠太阳,没有太阳,地球上就不可能有姿态万千的生命现象,当然也不会孕育出作为智能生物的人类。太阳给人们以光明和温暖,它带来了日夜和季节的轮回,左右着地球冷暖的变化,为地球生命提供了各种形式的能源。

太阳在人类生活中是如此的重要,以致人们一直对它顶礼膜拜。中华民族的先民把自己的祖先炎帝尊为太阳神。印度人认为,当第一道阳光照射到恒河时,世界才开始有了万物。而在希腊神话中,太阳神被称为“阿波罗”。他是天神宙斯(zeus)的儿子,他高大英俊,多才多艺,同时还是光明之神、医药之神、文艺之神、音乐之神、预言之神。他右手握着七弦琴,左手托着象征太阳的金球。
太阳基本物理参数

半径:     696295 千米.
质量:     1.989×1030 千克
温度:     5800 ℃ (表面)             1560万℃ (核心)
总辐射功率:3.83×1026焦耳/秒
平均密度: 1.409 克/立方厘米
日地平均距离:1亿5千万千米
年龄:     约50亿年

组成太阳的物质大多是些普通的气体,其中氢约占71%, 氦约占27%, 其它元素占2%。

太阳从中心向外可分为核反应区、辐射区和对流区、太阳大气。
太阳的大气层

像地球的大气层一样,可按不同的高度和不同的性质分成各个圈层,即光球、色球和日冕三层。我们平常看到的太阳表面,是太阳大气的最底层,温度约是6000摄氏度。它是不透明的,因此我们不能直接看见太阳内部的结构。但是,天文学家根据物理理论和对太阳表面各种现象的研究,建立了太阳内部结构和物理状态的模型。这一模型也已经被对于其他恒星的研究所证实,至少在大的方面,是可信的。

太阳的核心区域虽然很小,半径只是太阳半径的1/4,但却是太阳那巨大能量的真正源头。太阳核心的温度极高,达1500万℃,压力也极大,使得由氢聚变为氦的热核反应得以发生,从而释放出极大的能量。这些能量再通过辐射层和对流层中物质的传递,才得以传送到达太阳光球的底部,并通过光球向外辐射出去。

光球层

太阳光球就是我们平常所看到的太阳园面,通常所说的太阳半径也是指光球的半径。光球的表面是气态的,其平均密度只有水的几亿分之一,但由于它的厚度达500千米,所以光球是不透明的。光球层的大气中存在着激烈的活动,用望远镜可以看到光球表面有许多密密麻麻的斑点状结构,很象一颗颗米粒,称之为米粒组织。它们极不稳定,一般持续时间仅为5~10分钟,其温度要比光球的平均温度高出300~400℃。目前认为这种米粒组织是光球下面气体的剧烈对流造成的现象。

色球层

紧贴光球以上的一层大气称为色球层,平时不易被观测到,过去这一区域只是在日全食时才能被看到。当月亮遮掩了光球明亮光辉的一瞬间,人们能发现日轮边缘上有一层玫瑰红的绚丽光彩,那就是色球。色球层厚约8000千米,它的化学组成与光球基本上相同,但色球层内的物质密度和压力要比光球低得多。日常生活中,离热源越远处温度越低,而太阳大气的情况却截然相反,光球顶部接近色球处的温度差不多是4300℃,到了色球顶部温度竟高达几万度,再往上,到了日冕区温度陡
然升至上百万度。人们对这种反常增温现象感到疑惑不解,至今也没有找到确切的原因。

这一层可见太阳耀斑。耀斑是太阳黑子形成前在色球层产生的灼热的氢云层。在光球层的某些区域,温度比周围稍低(通常是4000摄氏度),这便是黑子。

在色球上人们还能够看到许多腾起的火焰,这就是天文上所谓的“日珥”。日珥是迅速变化着的活动现象,一次完整的日珥过程一般为几十分钟。同时,日珥的形状也可说是千姿百态,有的如浮云烟雾,有的似飞瀑喷泉,有的好似一弯拱桥,也有的酷似团团草丛,真是不胜枚举。天文学家根据形态变化规模的大小和变化速度的快慢将日珥分成宁静日珥、活动日珥和爆发日珥三大类。最为壮观的要属爆发日珥,本来宁静或活动的日珥,有时会突然"怒火冲天",把气体物质拼命往上抛射,然后回转着返回太阳表面,形成一个环状,所以又称环状日珥。

日冕

在日全食时的短暂瞬间,常常可以看到太阳周围除了绚丽的色球外,还有一大片白里
透蓝,柔和美丽的晕光,这就是太阳大气的最外层── 日冕。日冕的范围在色球之上,一直延伸到好几个太阳半径的地方。日冕里的物质更加稀薄,它还会有向外膨胀运动日冕是包围太阳的一层发光的高温稀薄气体,亮度很微弱,只有在日全食时和用日冕仪才能看到。这一区域有日饵。日冕最高可达200万k,因高温而不断发出带电微粒向外扩散,称为太阳风。当太阳黑子活动的极大年时,日冕的形状呈球型,而在极小年,两极的方向出现极羽。

太阳看起来很平静,实际上无时无刻不在发生剧烈的活动。太阳表面和大气层中的活动现象,诸如太阳黑子、耀斑和日冕物质喷发等,会使太阳风大大增强,造成许多地球物理现象──例如极光增多、大气电离层和地磁的变化。太阳活动和太阳风的增强还会严重干扰地球上无线电通讯及航天设备的正常工作,使卫星上的精密电子仪器遭受损害,地面电力控制网络发生混乱,甚至可能对航天飞机和空间站中宇航员的生命构成威胁。因此,监测太阳活动和太阳风的强度,适时作出"空间气象"预报,越来越显得重要。

黑子是光球层上的巨大气流旋涡,大多呈现近椭圆形,在明亮的光球背景反衬下显得比较暗黑,但实际上它们的温度高达4000℃左右,倘若能把黑子单独取出,一个大黑子便可以发出相当于满月的光芒。太阳黑子由暗黑的本影和在其周围的半影组成,形状变化很大,最小的黑子
直径只有几百公里,没有半影,而最大的黑子直径比地球的直径还大几倍。黑子的重要特性是它们的磁场强度,黑子越大,磁场强度越高,大黑子的磁场强度可达4000高斯。太阳黑子活动呈周期出现,两次极大间的间隔平均为11.2年,叠加有一个为期80年的低幅度
的周期。在黑子群周围常出现耀斑,发出的辐射和粒子同地球磁场和电离层相互作用会使地球上的短波无线电通讯中断并出现极光。

  虽然就总体而言,太阳是一个稳定、平衡、发光的气体球,但它的大气层却处于局部的激烈运动之中。如:黑子群的出没,日珥的变化,耀斑的爆发等等。太阳活动现象的发生与太阳磁场密切相关。太阳周围的空间也充满从太阳喷射出来的剧烈运动着的气体和磁场。
http://mengyungs.nease.net/3zrkx/tiwe/ty.files/image014.jpg

太阳活动

太阳活动对地球空间环境的影响,主要是通过电磁辐射及粒子辐射两大途径。

太阳电磁辐射覆盖了很宽的波长范围,可分为伽马射线、X射线、紫外线、可见光、红外线和射电波。太阳每秒种辐射出的总能量称为太阳光度(Lo),在地球与太阳的平均距离处,垂直于太阳光线的每平方厘米截面每分钏接收到的所有波长的能量称为太阳常数,通过仔细测量得到:

太阳常数=1.361×10j/m2s

近年来观测到太阳常数的也有小的变化,实际上不是常数。可见光和红外线占太阳常数的绝大部分。这部分能量最终贮存在对流层大气中(大约1012MW),但却对地球空间环境产生巨大的影响。X射线和紫外线,绝大部分被高层大气吸,是形成电离层和高层大气加热的主要能源之一,在太阳活动期间,X射线和紫外线有显著变化,有时可增大两个数量级,可引起电离层和高层大气的显著扰动。

太阳粒子辐射包括太阳宇宙线粒子和太阳风等离子体。

太阳宇宙线事件(即太阳质子事件)与太阳耀斑有关。太阳耀斑期间,太阳磁场的急剧变化使粒子加速,发生太阳宇宙线事件,太阳宇宙线的成分主要是质子,故也称太阳质子事件。有质子事件的耀斑往往有硬的太阳射电谱和第时间的X射线发射。

太阳风是由温度高达百万度的日冕气体向外膨胀产生的等离子体。太阳风
携带着太阳磁场以高超音速的速度流向行星际空间,被太阳风带到行星际的太阳磁场称为行星际磁场。太阳风向外输送的总能量大约为6×10-5j/s〔1尔格(erg)=10-7焦耳(j)〕。虽然太阳风输运的能量与太阳总辐射的能量相比是很少的,但太阳风与行星际磁场的变化对地球空间环境却有重要的影响。

日冕物质抛射事件(cme)是20世纪70年代末才观测到的太阳瞬变事件的另一重要形式。一次日冕物质抛射事件所抛射的质量可达10~100亿吨。其抛射速度在100~1000km/s之间。高速度的日冕物质抛射,其前面往往会形成激波,并向行星际空间传播。日冕物质抛射及其产生的激波对行星际和地球空间环境会产生重要的影响。

冕洞是70年代中期发现的一种日冕结构,日冕中有大片不规则的暗黑区域,叫冕洞。冕洞是日冕中气体密度较低的区域。冕洞分为三种:极区冕洞,孤立冕洞,延伸冕洞。太阳能以太阳风----物质粒子流的形式失去物质。冕洞是高速太阳风的重要源泉。日冕物质抛射是发生在日冕的非常宏观庞大的物质和磁场结构,它是大尺度致密等离子体的突然爆发现象。对地球影响最大的莫过于它。当太阳上有强烈爆发和日冕物质抛射时,太阳风携带着的强大等离子流可能到达地球极区。这时,地球两极就出现极光。极光的形态千变万化。太阳系内某些具有磁场的行星上也有极光。
发生在日冕的耀斑叫x射线耀斑,它的波长只有1~8埃或更短。它直接引起地球电离层骚扰,从而影响地球短波通讯。在冕洞中有辐射强度较弱的暗区,它的密度和温度比周围低,故称为冕洞。与冕洞区对应的磁力线是张开的。日冕等离子体得到加速后很易沿磁力线流向行星际空间形成太阳风高速流。冕洞是太阳上空间尺度最大、时间寿命最长的一种结构,因此它可随太阳自转,不断地向行星际空间输送太阳风高速流,形成准周期的共转结构和共转激波。太阳风高速流与地球磁层相互作用可引起地磁扰动,长寿命的冕洞可引起地磁扰动的27天重现变化。

由于太阳外层大气的这些活动,行星际空间的结构是复杂和变化的,包括背景太阳风流、高速流、行星际激波、太阳风阿尔芬脉动及行星际磁场反转的行星际电流片。这些结构可对地球空间环境产生重要的影响。

在银河系内一千多亿颗恒星中,太阳只是普通的一员,它位于银河系的对称平面附近,距离银河系中心约26000光年,在银道面以北约26光年, 它一方面绕着银心以每秒250公里的速度旋转,另一方面又相对于周围恒星以每秒19.7公里的速度朝着织女星附近方向运动。