有关太阳的知识

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有关太阳的知识

有关太阳的知识
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、外海王星天体以及星际尘埃等,都围绕着太阳运行（公转）.
[编辑本段]基本参数
天文符号：⊙
直径：1 392 000公里（地球直径的109倍）
体积：1.989× 10^33 立方米（地球的130万倍）
质量：1.989×10^30 千克（地球的333 400倍）
温度：约6000K(表面) ,1560万K (核心),5百万K（日冕）
平均密度：1.409克/立方厘米
宇宙年：225百万年
自转会合周期： 赤道＝26.9天 ,极区＝31.1天
太阳年龄：约 4.57×10^9 年
太阳活动周期： 11.04 年
总辐射功率：3.86×10^26 瓦特（焦耳/秒）
太阳常数 f ＝ 1.97 卡·厘米^2·分^-1
光谱型： G2V
目视星等 ＝ －26.74 等
绝对目视星等 ＝ 4.83 等
热星等 ＝-26.82 等
绝对热星等 ＝ 4.75 等
太阳表面重力加速度 ＝ 2.74×10^2米／秒^2 (为地球表面重力加速度的27.9倍)
太阳表面脱离速度 ＝ 618 公里／秒
地球附近太阳风的速度： 450公里／秒
太阳运动速度 (方向α＝18h07m,δ＝+30°) ＝ 19.7 公里／秒

日地距离
日地平均距离 (1天文单位) = 1.49597870×10^11 米（1亿5千万公里）
日地最远距离 ＝ 1.5210×10^11 米
日地最近距离 ＝ 1.4710×10^11 米
[编辑本段]运行轨道
太阳位于银道面之北的猎户座旋臂上,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（周期大概是2.5亿年）,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.太阳也在自转,其周期在日面赤道带约25天；两极区约为35天.
[编辑本段]结构
太阳结构图太阳只是一颗非常普通的恒星,在广袤浩瀚的繁星世界里,太阳的亮度、大小和物质密度都处于中等水平.只是因为它离地球较近,所以看上去是天空中最大最亮的天体.其它恒星离我们都非常遥远,即使是最近的恒星,也比太阳远27万倍,看上去只是一个闪烁的光点.
组成太阳的物质大多是些普通的气体,其中氢约占71.3％、 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,即从内向外分为光球、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℃.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.
[编辑本段]构造

内部构造
太阳的内部主要可以分为三层：核心区、辐射区和对流区.
太阳的核心区域半径是太阳半径的1/4,约为整个太阳质量的一半以上.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.太阳中心区的物质密度非常高.每立方厘米可达160克.太阳在自身强大重力吸引下,太阳中心区处于高密度、高温和高压状态.是太阳巨大能量的发祥地. 太阳中心区产生的能量的传递主要靠辐射形式.太阳中心区之外就是辐射层,辐射层的范围是从热核中心区顶部的0.25个太阳半径向外到0.86个太阳半径,这里的温度、密度和压力都是从内向外递减.从体积来说,辐射层占整个太阳体积的绝大部分. 太阳内部能量向外传播除辐射,还有对流过程.即从太阳0.86个太阳半径向外到达太阳大气层的底部,这一区间叫对流层.这一层气体性质变化很大,很不稳定,形成明显的上下对流运动.这是太阳内部结构的最外层.
光球
太阳光球就是我们平常所看到的太阳圆面,通常所说的太阳半径也是指光球的半径.光球层位于对流层之外,属太阳大气层中的最低层或最里层.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.
光球表面另一种著名的活动现象便是太阳黑子.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.日面上黑子出现的情况不断变化,这种变化反映了太阳辐射能量的变化.太阳黑子的变化存在复杂的周期现象,平均活动周期为11.2年.
色球
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.
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
日冕日冕是太阳大气的最外层.日冕中的物质也是等离子体,它的密度比色球层更低,而它的温度反比色球层高,可达上百万摄氏度.在日全食时在日面周围看到放射状的非常明亮的银白色光芒即是日冕. 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.日冕还会有向外膨胀运动,并使得热电离气体粒子连续地从太阳向外流出而形成太阳风.
[编辑本段]太阳活动
太阳看起来很平静,实际上无时无刻不在发生剧烈的活动.太阳由里向外分别为太阳核反应区、太阳对流层、太阳大气层.其中心区不停地进行热核反应,所产生的能量以辐射方式向宇宙空间发射.其中二十二亿分之一的能量辐射到地球,成为地球上光和热的主要来源.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（日珥）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,地面通讯网络、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.
太阳黑子
太阳黑子4000年前古时候祖先肉眼都看到了像3条腿的乌鸦的黑子通过一般的光学望远镜观测太阳,观测到的是光球层的活动.在光球上常常可以看到很多黑色斑点,它们叫做“太阳黑子”.太阳黑子在日面上的大小、多少、位置和形态等,每天都不同.太阳黑子是光球层物质剧烈运动而形成的局部强磁场区域,也是光球层活动的重要标志.长期观测太阳黑子就会发现,有的年份黑子多,有的年份黑子少,有时甚至几天,几十天日面上都没有黑子.天文学家们早就注意到,太阳黑子从最多或最少的年份到下一次最多或最少的年份,大约相隔11年.也就是说,太阳黑子有平均11的活动周期,这也是整个太阳的活动周期.天文学家把太阳黑子最多的年份称之为“太阳活动高峰年”,把太阳黑子最少的年份称之为“太阳活动低峰年”.
太阳耀斑
太阳耀斑是一种最剧烈的太阳活动.一般认为发生在色球层中,所以也叫“色球爆发”.其主要观测特征是,日面上（常在黑子群上空）突然出现迅速发展的亮斑闪耀,其寿命仅在几分钟到几十分钟之间,亮度上升迅速,下降较慢.特别是在太阳活动峰年,耀斑出现频繁且强度变强.
爆发时的太阳耀斑别看它只是一个亮点,一旦出现,简直是一次惊天动地的大爆发.这一增亮释放的能量相当于10万至100万次强火山爆发的总能量,或相当于上百亿枚百吨级氢弹的爆炸；而一次较大的耀斑爆发,在一二十分钟内可释放10的25次幂焦耳的巨大能量.
除了日面局部突然增亮的现象外,耀斑更主要表现在从射电波段直到X射线的辐射通量的突然增强；耀斑所发射的辐射种类繁多,除可见光外,有紫外线、X射线和伽玛射线,有红外线和射电辐射,还有冲击波和高能粒子流,甚至有能量特高的宇宙射线.
耀斑对地球空间环境造成很大影响.太阳色球层中一声爆炸,地球大气层即刻出现缭绕余音.耀斑爆发时,发出大量的高能粒子到达地球轨道附近时,将会严重危及宇宙飞行器内的宇航员和仪器的安全.当耀斑辐射来到地球附近时,与大气分子发生剧烈碰撞,破坏电离层,使它失去反射无线电电波的功能.无线电通信尤其是短波通信,以及电视台、电台广播,会受到干扰甚至中断.耀斑发射的高能带电粒子流与地球高层大气作用,产生极光,并干扰地球磁场而引起磁暴.
此外,耀斑对气象和水文等方面也有着不同程度的直接或间接影响.正因为如此,人们对耀斑爆发的探测和预报的关切程度与日俱增,正在努力揭开耀斑的奥秘.
光斑（谱斑）
太阳光球层上比周围更明亮的斑状组织.用天文望远镜对它观测时,常常可以发现：在光球层的表面有的明亮有的深暗.这种明暗斑点是由于这里的温度高低不同而形成的,比较深暗的斑点叫做“太阳黑子”,比较明亮的斑点叫做“光斑”.光斑常在太阳表面的边缘“表演”,却很少在太阳表面的中心区露面.因为太阳表面中心区的辐射属于光球层的较深气层,而边缘的光主要来源光球层较高部位,所以,光斑比太阳表面高些,可以算得上是光球层上的“高原”.
光斑也是太阳上一种强烈风暴,天文学家把它戏称为“高原风暴”.不过,与乌云翻滚,大雨滂沱,狂风卷地百草折的地面风暴相比,“高原风暴”的性格要温和得多.光斑的亮度只比宁静光球层略强一些,一般只大10%；温度比宁静光球层高300℃.许多光斑与太阳黑子还结下不解之缘,常常环绕在太阳黑子周围“表演”.少部分光斑与太阳黑子无关,活跃在70°高纬区域,面积比较小,光斑平均寿命约为15天,较大的光斑寿命可达三个月.
光斑不仅出现在光球层上,色球层上也有它活动的场所.当它在色球层上“表演”时,活动的位置与在光球层上露面时大致吻合.不过,出现在色球层上的不叫“光斑”,而叫“谱斑”.实际上,光斑与谱斑是同一个整体,只是因为它们的“住所”高度不同而已,这就好比是一幢楼房,光斑住在楼下,谱斑住在楼上.
米粒组织
米粒组织是太阳光球层上的一种日面结构.呈多角形小颗粒形状,得用天文望远镜才能观测到.米粒组织的温度比米粒间区域的温度约高300℃,因此,显得比较明亮易见.虽说它们是小颗粒,实际的直径也有1000公里~2000公里.
明亮的米粒组织很可能是从对流层上升到光球的热气团,不随时间变化且均匀分布,且呈现激烈的起伏运动.米粒组织上升到一定的高度时,很快就会变冷,并马上沿着上升热气流之间的空隙处下降；寿命也非常短暂,来去匆匆,从产生到消失,几乎比地球大气层中的云消烟散还要快,平均寿命只有几分钟,此外,近年来发现的超米粒组织,其尺度达3万公里左右,寿命约为20小时.
有趣的是,在老的米粒组织消逝的同时,新的米粒组织又在原来位置上很快地出现,这种连续现象就像我们日常所见到的沸腾米粥上不断地上下翻腾的热气泡.
[编辑本段]生命周期
恒星也有自己的生命史,它们从诞生、成长到衰老,最终走向死亡.它们大小不同,色彩各异,演化的历程也不尽相同.恒星与生命的联系不仅表现在它提供了光和热.实际上构成行星和生命物质的重原子就是在某些恒星生命结束时发生的爆发过程中创造出来的.
目前太阳所处的主序星阶段,通过对恒星演化及宇宙年代学模型的计算机模拟,已经历了大约45.7亿年.据研究,45.9亿年前一团氢分子云的迅速坍缩形成了一颗第三代第一星族的金牛T星,即太阳.这颗新生的恒星沿着距银河系中心约27,000光年的近乎圆形轨道运行.
太阳在其主序星阶段已经到了中年期,在这个阶段它核心内部发生的恒星核合成反应将氢聚变为氦.在太阳的核心,每秒能将超过400万吨物质转化为能量,生成中微子和太阳幅射.以这个速度,太阳至今已经将大约100个地球质量的物质转化成了能量.太阳作为主序星的时间大约持续100亿年.
太阳的质量不足以爆发为超新星.在50~60亿年后,太阳内的氢消耗殆尽,核心中主要是氦原子,太阳将转变成红巨星,当其核心的氢耗尽导致核心收缩及温度升高时,太阳外层将会膨胀.当其核心温度升高到 100,000,000 K时,将发生氦的聚变而产生碳,从而进入渐近巨星分支,而当太阳内的氦元素也全部转化为炭后,太阳将不再发光,成为一颗死星（Black dwarf）.
地球的最终命运还不清楚.太阳变成红巨星时,其半径可超过1天文单位,超出地球目前的轨道,是当前太阳半径的260倍.然而,届时作为渐近巨星分支恒星,太阳将会由于恒星风而失去当前质量的约30%,因而行星轨道将会外推.仅就此而言,地球也许会幸免被太阳吞噬.然而,新的研究认为地球还是会因为潮汐作用的影响而被太阳吞掉.即使地球能逃脱被太阳熔融的命运,地球上的水将被蒸发而大气层也会散逸.实际上,即使太阳还是主序星时,它也会逐步变得更亮,表面温度缓慢上升.太阳温度的上升将在9亿年后导致地球表面温度升高,造成目前我们所知的生命无法生存.其后再过10亿年,地球表面的水将完全消失.
红巨星阶段之后,由热产生的强烈脉动会抛掉太阳的外壳,形成行星状星云.失去外壳后剩下的只有极为炽热的恒星核,它将会成为白矮星,在漫长的时间中慢慢冷却和暗淡下去.这就是中低质量恒星的典型演化过程[1].
[编辑本段]太阳能量
作为一颗恒星太阳,其总体外观性质是,光度为383亿亿亿瓦,绝对星等为4.8.是一颗黄色G2型矮星,有效温度等于开氏5800度.太阳与在轨道上绕它公转的地球的平均距离为149597870km（499.005光秒或1天文单位）.按质量计,它的物质构成是71%的氢、26%的氦和少量重元素.太阳圆面在天空的角直径为32角分,与从地球所见的月球的角直径很接近,是一个奇妙的巧合（太阳直径约为月球的400倍而离我们的距离恰是地月距离的400倍）,使日食看起来特别壮观.由于太阳比其他恒星离我们近得多,其视星等达到-26.8,成为地球上看到最明亮的天体.太阳每25.4天自转一周（平均周期；赤道比高纬度自转得快）,每2亿年绕银河系中心公转一周.太阳因自转而呈轻微扁平状,与完美球形相差0.001%,相当于赤道半径与极半径相差6km（地球这一差值为21km,月球为9km,木星9000km,土星5500km）.差异虽然很小,但测量这一扁平性却很重要,因为任何稍大一点的扁平程度（哪怕是0.005%）将改变太阳引力对水星轨道的影响,而使根据水星近日点进动对广义相对论所做的检验成为不可信.
太阳风
太阳风是一种连续存在,来自太阳并以200-800km/s的速度运动的等离子体流.这种物质虽然与地球上的空气不同,不是由气体的分子组成,而是由更简单的比原子还小一个层次的基本粒子——质子和电子等组成,但它们流动时所产生的效应与空气流动十分相似,所以称它为太阳风.当然,太阳风的密度与地球上的风的密度相比,是非常非常稀薄而微不足道的,一般情况下,在地球附近的行星际空间中,每立方厘米有几个到几十个粒子.而地球上风的密度则为每立方厘米有2687亿亿个分子.太阳风虽然十分稀薄,但它刮起来的猛烈劲,却远远胜过地球上的风.在地球上,12级台风的风速是每秒32.5米以上,而太阳风的风速,在地球附近却经常保持在每秒350～ 450千米,是地球风速的上万倍,最猛烈时可达每秒800千米以上.太阳风从太阳大气最外层的日冕,向空间持续抛射出来的物质粒子流.这种粒子流是从冕洞中喷射出来的,其主要成分是氢粒子和氦粒子.太阳风有两种：一种持续不断地辐射出来,速度较小,粒子含量也较少,被称为“持续太阳风”；另一种是在太阳活动时辐射出来,速度较大,粒子含量也较多,这种太阳风被称为“扰动太阳风”.扰动太阳风对地球的影响很大,当它抵达地球时,往往引起很大的磁暴与强烈的极光,同时也产生电离层骚扰.太阳风的存在,给我们研究太阳以及太阳与地球的关系提供了方便.
太阳光
地球上除原子能和火山、地震、潮汐以外,太阳能是一切能量的总源泉.
到达地球大气上界的太阳辐射能量称为天文太阳辐射量.在地球位于日地平均距离处时,地球大气上界垂直于太阳光线的单位面积在单位时间内所受到的太阳辐射的全谱总能量,称为太阳常数.太阳常数的常用单位为瓦/米2.因观测方法和技术不同,得到的太阳常数值不同.世界气象组织 (WMO)1981年公布的太阳常数值是1368瓦/米2.如果将太阳常数乘上以日地平均距离作半径的球面面积,这就得到太阳在每分钟发出的总能量,这个能量约为每分钟2.273×10^28焦.（太阳每秒辐射到太空的热量相当于一亿亿吨煤炭完全燃烧产生热量的总和,相当于一个具有5200万亿亿马力的发动机的功率.太阳表面每平方米面积就相当于一个85000马力的动力站.）而地球上仅接收到这些能量的22亿分之一.太阳每年送给地球的能量相当于100亿亿度电的能量.太阳能取之不尽,用之不竭,又无污染,是最理想的能源.地球大气上界的太阳辐射光谱的99％以上在波长 0.15～4.0微米之间.大约50％的太阳辐射能量在可见光谱区（波长0.4～0.76微米）,7％在紫外光谱区（波长0.76微米）,最大能量在波长 0.475微米处.由于太阳辐射波长较地面和大气辐射波长（约3～120微米）小得多,所以通常又称太阳辐射为短波辐射,称地面和大气辐射为长波辐射.太阳活动和日地距离的变化等会引起地球大气上界太阳辐射能量的变化.
太阳每时每刻都在向地球传送着光和热,有了太阳光,地球上的植物才能进行光合作用.植物的叶子大多数是绿色的,因为它们含有叶绿素.叶绿素只有利用太阳光的能量,才能合成种种物质,这个过程就叫光合作用.据计算,整个世界的绿色植物每天可以产生约4亿吨的蛋白质、碳水化合物和脂肪,与此同时,还能向空气中释放出近5亿吨的氧,为人和动物提供了充足的食物和氧气.