行星和恆星 (1) ---太陽

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1 太陽的構成
2 物理特性以及其他特性
3 結構

3.1 核心

3.1.1 溫度和密度的變化
3.2 輻射層

3.2.1 溫度和密度的變化
3.3 對流層

3.3.1 溫度和密度的變化
3.4 光球
3.5 大氣層

3.5.1 色球
3.5.2 過渡區
3.5.3 日冕
3.5.4 日球
4 太陽伴星
5 太陽與神話
6 太陽的重要性
7 請參閱
8 參考資料
9 相關連結


太陽




圖片參考：http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/d/df/Sun_in_X-Ray.png/300px-Sun_in_X-Ray.png




圖片參考：http://upload.wikimedia.org/wikipedia/zh/3/31/X2609.png



觀測數據

到地球的平均距離
149,597,870 千米

視星等 (V)
-26.8m

絕對星等
4.8m

物理數據

直徑
1,392,000 km

相對直徑(dS/dE)
109

表面面積
6.09 × 1012 千米2

體積
1.41 × 1027 米3

質量
1.9891 × 1030
千克


相對於地球質量
333,400

密度
1411 千克/米3

相對於地球密度
0.26

相對於水的密度
1.409

表面重力加速度
274 米/秒2

相對表面重力加速度
27.9 倍

表面溫度
5780 開

中心溫度
約2000萬 開

日冕層溫度
5 × 106 開

發光度 (LS)
3.827 × 1026 J s-1

軌道數據

自轉周期


赤道處：
27天6小時36分鐘

緯度30°：
28天4小時48分鐘

緯度60°：
30天19小時12分鐘

緯度75°：
31天19小時12分鐘

繞銀河系中心
公轉周期
2.2 × 108年

光球層成分

氫
73.46 %

氦
24.85 %

氧
0.77 %

碳
0.29 %

鐵
0.16 %

氖
0.12 %

氮
0.09 %

矽
0.07 %

鎂
0.05 %

硫
0.04 %

太陽是距離地球最近的恆星，是太陽系的中心天體。太陽系質量的99.87%都集中在太陽。太陽系中的八大行星、小行星、流星、彗星、外海王星天體以及星際塵埃等，都圍繞著太陽運行（公轉）。


太陽的構成
太陽從中心向外可分為核反應區、輻射區、對流層和大氣層。由於太陽外層氣體的透明度極差，人類能夠直接觀測到的是太陽大氣層，從內向外分為光球、色球和日冕3層。


[編輯] 物理特性以及其他特性
太陽是一個主序星，光譜類型為G2V，G2表明它的溫度不高，只在5,500K左右，V代表是主序星，體積也不會太大。G2V恆星具有大約100億年的主序星壽命，通過核子宇宙年代學測定，太陽年齡大約50億年。

在太陽中心，密度為1.5×105kg/m3，熱核反應（核聚變）將氫轉變為氦。每秒鐘有3.9×1045個原子參與核反應。產生的能量以光的形式從太陽表面散發出去。而地球只獲得了太陽總輻射量的22億分之一，為1367瓦/平方公尺(太陽常數)。物理學家可以通過氫彈製造熱核反應。可控核聚變發電站在將來可能成為產生電能的一種方式。

由於溫度高，太陽上的所有物質都處於電漿態，由於太陽不是固體，因此太陽的赤道可以比高緯度地區旋轉得更快。太陽不同緯度的自轉差別造成了它的磁力線隨時間扭曲，引起磁場迴路（magnetic field loops）從太陽表面噴發，並引發形成太陽黑子和日珥。

日冕層密度為1011個原子/m3，光球層為1023個原子/m3。

一段時間以來，人們一直為太陽核反應產生的中微子數量僅僅是理論值的1/3而困惑，即所謂的太陽中微子問題。最近發現中微子具有質量，並且在從太陽到地球的過程中可能轉變為難以檢測到的中微子變種，測量值和理論值一致了。

觀測太陽可以發現如下現象：

太陽黑子
光斑
白光耀斑
日珥
寧靜日珥
爆發日珥
活動日珥
注意：請不要用眼睛直視太陽，否則極有可能會損傷視網膜並造成視力損傷。


[編輯] 結構

太陽的半徑是地球的109倍。太陽是一個近乎完美的球體，其扁率約為900萬分之一，即是說其南北兩極的直徑僅比東西直徑短10公里。在自轉周期方面，由於太陽並非以固態形式存在，因此其兩極和赤道的自轉周期並不相同（赤道約為25天, 兩極則約為35天），整體平均自轉周期約為28天，其緩慢自轉所產生的離心力，以赤道位置計算，還不到其自身重力的1,800萬分之一。雖然太陽本身是太陽系的中心，大質量的木星使質心之偏離中心達一個太陽半徑，但所有行星的總質量還不到太陽的百分之五，因此來自行星的潮汐力並不足以改變太陽的形狀。

太陽不像類地行星般擁有固態表面，其氣體密度從表面至中心會成指數增長。太陽的半徑計法是以光球層的邊緣為終點，其內部的高密度氣體足以令可見光無法通過，而肉眼看見的是太陽的光球層，在0.7太陽半徑範圍內的氣體占整個太陽總質量的大多數。

太陽的內部並不能直接觀測，因高密度的氣體阻隔了電磁輻射，但就像地震學能利用地震產生的震波能研究地球的內部，日震學這個學門，也能利用橫斷過太陽內部的波的壓力，來測量和描繪出太陽內部的構造。配合電腦模擬的輔助，人們便可一覽太陽深處。


[編輯] 核心
在太陽的中心，密度高達150,000 Kg/m3 (是地球上水的密度的150倍)，熱核反應 (核聚變) 將 氫 變成氦，釋放出的能量使太陽保持穩定的狀態。 每秒鐘大約有 8.9 ×1037 質子，也就是426公噸氫原子核經由質-能轉換變成氦原子核，每秒鐘釋放出383 ×1024 W 或相當於 9.15 ×1010 百萬噸的TNT 爆炸。核聚變的速率在自我修正下保持平衡：溫度只要略微上升，核心就會膨脹，增加抵擋外圍重量的力量，這會造成核聚變的擾動而修正反應速率；溫度略微下降，核心就會收縮一些，使核聚變的速率提高，使溫度能回復。

由中心至0.2太陽半徑的距離是核心的範圍，是太陽內唯一能進行核聚變釋放出能量的場所。太陽其餘的部份則被這些能量加熱，並將能量向外傳送，途中要經過許多相連的層次，才能到達表面的光球層，然後進入太空之中。

高能量的光子 (γ和X-射線)由核聚變從核心釋放出來後，要經過漫長的時間才能到達表面，緩慢的速度和不斷改變方向的路徑，還有反覆的吸收和再輻射，使到達外圍的光子能量都降低了。估計每個光子抵達表面的旅程平均需要花費5,000萬年的時間[1] ，最快的也要經歷17,000年[2] 。在穿過對流層到達旅程的終點，進入透明的表面光球層時，光子就以可見光的型態逃逸進入太空。每一個在核心的γ射線光子在進入太空前，都已經轉化成數百萬個可見光的光子。微中子也是在核心的核聚變時被釋放出來的，但是與光子不同的是他不會與其它的物質作用，因此幾乎是立刻就由太陽表面逃逸出來。多年來，測量來自太陽的微中子數量都低於理論的數值，因而產生了太陽微中子的迷思，直到我們對微中子有了更多的認識，才以微中子震盪解開了這個謎題。


[編輯] 溫度和密度的變化
在非常接近太陽中心的地區，溫度大約在15,000,000K，密度大約是150g/cc(大約十倍於金或鉛的密度)。當由中心向太陽表面移動時，溫度和密度同時都會降低。核心邊緣的溫度只有中心的一半，約為7,000,000K，同時密度也降至大約20g/cc(與黃金的密度近似)。由於核反應對溫度和密度非常敏感，核聚變在核心的邊緣幾乎完全停止。

[編輯] 輻射層
從 0.2至約 0.7 太陽半徑，太陽的物質是熱且黏稠的，雖然仍然能夠將熱輻射向外傳輸，但是在這個區域內沒有熱對流的運動，所以離中心距離越遠的地方，溫度就會越低。這種溫度梯度低於絕下降率，所以不會造成物質的流動。熱能的傳輸全靠氫和氦的輻射-離子發射的光子，但只能傳遞很短的距離就會被其他的離子再吸收。


[編輯] 溫度和密度的變化
核心外緣的密度約為20g/cc，至輻射層頂的密度則只有0.2g/cc，遠小於地球上水的密度，在相同的距離中溫度亦從7,000,000K降至2,000,000K。

[編輯] 對流層
從0.7太陽半徑至可見的太陽表面是對流層。此處的太陽物質不再是高熱與黏滯的，電子也開始被原子核束縛住，所以熱能由內向外的傳遞不再依靠輻射，而是經由熱對流產生熱柱，讓熱的物質將能量攜帶至太陽的表面。一旦溫度在在表面下降，這些物質便會往下沉降，再回到對流層內，甚至會回到最深處，從輻射層的頂端再接收熱能。在輻射層頂與對流層底之間，被認為還存在著對流超越區(Convective overshoot)，由一些騷亂的湍流將能量由輻射層頂帶進對流層底。

這幾年來，在更多的細節被發現後，這個薄層變得非常引人注意。現在這一層也被認為是產生太陽磁場的磁發電機，流體在橫越這一層時流動速度的改變，能夠擴展磁力線的力量並且增強磁場，同時在經過這一層之後，化學成分好像也突然改變了。

在對流層的熱柱會在太陽的表面形成一種特徵，也就是在觀測時看見的米粒組織和超米粒組織。在對流層內，由內部向外的小湍流，在向表面升起時，就像一部部 "小規模"的發電機，在太陽表面各處引發小區域的磁南極和磁北極。


[編輯] 溫度和密度的變化
在對流層底部的溫度大約是2,000,000K，這已經冷得足夠讓較重的離子(如碳、氮、氧、鈣和鐵)能捕捉住一些電子，使得物質變得更不透明，因此輻射線變得更難以穿透。伴隨著輻射被阻擋的熱能，最後終將使流體被加熱然後沸騰，或說是產生對流。對流運動能迅速的將熱量帶至表面，同時流體在上昇的過程中膨脹和冷卻，到達可見的表面時，溫度已經降至6,000K，密度則僅僅只有0.0000002g/cc(大約是海平面空氣密度的萬分之一)。