中文名字:孫
英文名:sun
定義:1:太陽系中的中心天體,直徑為1 392 000千米的發光球體,是離地球最近且關系密切的恒星。學科:地理(壹級學科);地理概論(兩個學科)定義2:離地球最近的最亮的星星。地球圍繞它旋轉。學科:天文學(壹級學科);孫(二學科)
木版
太陽是離地球最近的恒星,也是太陽系的中心天體。太陽系99.87%的質量集中在太陽上。太陽系中的八大行星、小行星、流星、彗星、海王星以外的天體和星際塵埃都圍繞著太陽旋轉。
觀察數據
日地平均距離(1天文單位)為1.49597870×10 1米(1.5億公裏),日地最遠距離為1.5210× 60。日地最近距離為1.4710×11米,視星等為-26.74,絕對星等為4.83,熱星等為-26.82,絕對熱星等為4.75。
物理數據
1,直徑1,392,000公裏(地球直徑的109倍)
2.表面積為6.09× 10 12km2。
3.體積:1.412×10 18立方千米(1.3萬倍地球)。
4.質量:1.989× 10 30千克(是地球的333 400倍)
5.相對於地球的質量,333400
6.密度為1411千克/立方米,相對於地球為0.26,相對於水為1.409。
7.地表重力加速度為2.74× 10 2米/秒2(是地球表面重力加速度的27.9倍)。
8.表面溫度為5780開爾文,中心溫度約為15百萬開爾文,日冕層溫度為5 × 200開爾文。
9.亮度(LS)3.827×10 26J S-1
軌道數據
旋轉周期:
赤道:27天6小時36分鐘,北緯30度:28天4小時48分鐘,西經60度:30天19小時12分鐘,西經75度:31天19小時12分鐘,繞銀河系中心公轉壹周。
其他數據
太陽年齡:約4.57× 10 9年。
天文符號:VIII
太陽周期:11.04年。
總輻射功率:3.86× 10 26瓦(焦耳/秒)。
太陽常數f = 1.97卡路裏厘米2分鐘-1。
光譜類型:G2V
太陽表面脫離速度= 618千米/秒
地球附近的太陽風速度:450千米/秒
太陽的速度(方向α= 18h 07米,δ=+30)= 19.7千米/秒
太陽位於獵戶座旋臂上,銀道面以北,距離銀河系中心約3萬光年,銀道面以北26光年。壹方面,它以每秒250公裏的速度繞銀河系中心旋轉(周期約為2.5億年),另壹方面,它以相對於周圍恒星每秒65,438+09.7公裏的速度向織女星附近移動。太陽也在自轉,它在赤道帶的周期約為25天;極地大約是35天。
太陽只是壹顆非常普通的恒星。在浩瀚的恒星世界中,太陽的亮度、大小和物質密度都處於中等水平。只是因為它靠近地球,所以看起來像天空中最大最亮的天體。其他恒星離我們很遠。即使是最近的恒星也比太陽遠270,000倍,看起來就像閃爍的光。構成太陽的大部分物質都是普通氣體,其中氫約占71.3%,氦約占27%,其他元素占2%。太陽從中心向外可分為核反應區、輻射區、對流區和太陽大氣層。太陽的大氣層和地球的大氣層壹樣,可以根據不同的高度和不同的性質分為各種圈,即由內向外分為三層:光球層、色球層和日冕層。我們通常看到的太陽表面是太陽大氣的最低層,溫度約為6000華氏度。它是不透明的,所以我們不能直接看到太陽的內部結構。然而,根據物理理論和對太陽表面各種現象的研究,天文學家建立了太陽內部結構和物理狀態的模型。這個模型也被對其他恒星的研究所證實,至少在很大程度上是這樣。最近,美國國家航空航天局於2006年發射的兩顆太陽探測衛星STEREO移動到太陽兩側的相對位置,首次從兩側拍攝了太陽的完整三維照片。STEREO團隊成員Angelos-Vourlidas表示,這是太陽物理學的重要時刻,STEREO首次證實太陽是壹個球體。
太陽內部可分為三層:核心區、輻射區和對流區。太陽核心區域的半徑為65438+太陽半徑的0/4,約為整個太陽質量的壹半。太陽核心的溫度極高,達到15百萬℃,壓力也極高,這使得從氫聚變到氦的熱核反應發生,從而釋放出巨大的能量。這些能量只能通過輻射層和對流層中的物質傳遞到太陽光球層的底部,然後通過光球層輻射出去。太陽中心區域的物質密度非常高。它可以達到每立方厘米160克。太陽中心區域在自身強大引力的吸引下處於高密度、高溫和高壓狀態。它是太陽巨大能量的發源地。太陽中心區域產生的能量主要通過輻射傳輸。太陽中心區域之外是輻射層,其範圍從熱核中心區域頂部的0.25個太陽半徑到0.86個太陽半徑,溫度、密度和壓力從內向外降低。就體積而言,輻射層占整個太陽體積的絕大部分。除了輻射,太陽的內部能量向外傳播,也有壹個對流過程。也就是從太陽0.86太陽半徑到太陽大氣底部,這個區間稱為對流層。這層氣體性質變化很大,不穩定,形成明顯的上下對流運動。這是太陽內部結構的最外層。
太陽光球就是我們平時看到的太陽的圓形表面,太陽的半徑也是光球的半徑。光球層位於對流層之外,屬於太陽大氣的最低層或最內層。光球的表面是氣態的,它的平均密度只有水的幾億倍,但由於其500公裏的厚度,光球是不透明的。光球層的大氣中有強烈的活動。用望遠鏡,我們可以看到光球表面有許多密集的點狀結構,非常像米粒,它們被稱為米粒組織。它們極不穩定,壹般只持續5 ~ 10分鐘,其溫度比光球層的平均溫度高300 ~ 400℃。目前認為這種顆粒結構是由光球層下氣體的劇烈對流造成的。光球表面另壹個著名的活動現象是太陽黑子。太陽黑子是光球層上的巨大空氣漩渦,大部分呈近橢圓形,在明亮的光球層背景的映襯下顯得更暗,但實際上它們的溫度高達4000℃。如果可以單獨取出太陽黑子,壹個大的太陽黑子可以發出相當於滿月的光。太陽表面黑子的外觀是不斷變化的,它反映了太陽輻射能量的變化。太陽黑子的變化存在復雜的周期性現象,平均活動周期為11.2年。
靠近光球層的大氣稱為色球層,平時不易觀測到。過去,這個區域只有在日全食時才能看到。當月亮隱藏了光球的明亮光彩時,人們可以發現太陽輪的邊緣有壹層玫瑰色的光彩,即彩球。色球層厚約8000公裏,其化學成分與光球層基本相同,但色球層中的物質密度和壓力遠低於光球層。在日常生活中,離熱源越遠,溫度越低,但在太陽大氣中則相反。色球層附近光球頂部的溫度幾乎為4300℃,但在色球層頂部達到數萬度,然後在日冕中上升到數百萬度。人們對這種異常的變暖現象感到困惑,迄今為止還沒有找到確切的原因。人們還可以在彩球上看到許多沖天的火焰,這就是天文學中所謂的“日珥”。日珥是壹種快速變化的活動現象,壹次完整的日珥過程通常需要幾十分鐘。同時,日珥的形狀也可以說是千姿百態,有的像雲煙,有的像瀑布和噴泉,有的像彎曲的拱橋,有的像草地,不勝枚舉。天文學家根據形態變化的大小和速度將日珥分為三類:安靜日珥、活動日珥和爆發日珥。最壯觀的是爆炸日珥,它是安靜的或活躍的。有時,它會突然變得“暴怒”,拼命將氣體物質向上拋,然後轉向太陽表面形成壹個環,因此也被稱為環日珥。
日冕是太陽大氣的最外層。日冕中的物質也是等離子體,其密度低於色球中的物質,其溫度高於色球中的物質,達到數百萬攝氏度。在日全食期間,在太陽表面周圍可以看到非常明亮的銀白色光,這就是日冕。日冕的範圍在色球層之上,延伸到幾個太陽半徑。日冕還會向外擴張,使寒冷的電離氣體粒子不斷流出太陽,形成太陽風。
太陽看起來風平浪靜,但實際上壹直都有激烈的活動。太陽從內到外分為核反應區、對流層和大氣層。熱核反應在其中心區域持續進行,產生的能量通過輻射散發到太空中。22億個能量中的壹個被輻射到地球上,成為地球上光和熱的主要來源。太陽表面和大氣中的活躍現象,如太陽黑子、耀斑和日冕物質拋射(日珥),將大大增強太陽風並引起許多地球物理現象,如極光的增加、大氣電離層和地磁場的變化。太陽活動和太陽風的增強還將嚴重幹擾地球上無線電通信和航天設備的正常工作,損壞衛星上的精密電子儀器,造成地面通信網絡和電力控制網絡的混亂,甚至可能對航天飛機和空間站中的宇航員的生命構成威脅。因此,監測太陽活動和太陽風的強度,並及時做出“空間天氣”預報變得越來越重要。
4000年前,在古代,我們的祖先用肉眼看到了像三條腿烏鴉壹樣的太陽黑子。通過普通光學望遠鏡觀測太陽,我們觀察到了光球層的活動。在光球上經常可以看到許多黑點。它們被稱為“太陽黑子”。太陽表面黑子的大小、數量、位置和形狀每天都不壹樣。太陽黑子是光球物質劇烈運動形成的局部強磁場區域,也是光球活動的重要標誌。長期觀察太陽黑子會發現,有些年份太陽黑子很多,有些年份太陽黑子很少,有時太陽幾天或幾十天都沒有太陽黑子。天文學家早就註意到,從太陽黑子最多或最少的壹年到下壹個太陽黑子最多或最少的壹年之間有大約11年的間隔。換句話說,太陽黑子的平均活動周期為11,這也是整個太陽的活動周期。天文學家將太陽黑子最多的壹年稱為“太陽活動高峰年”,將太陽黑子最少的壹年稱為“太陽活動低峰年”。
太陽耀斑是最強烈的太陽活動之壹。壹般認為它發生在色球層,所以也叫“色球爆炸”。它的主要觀測特征是迅速發展的亮點突然出現在太陽表面(往往在太陽黑子群上方),其壽命僅在幾分鐘至幾十分鐘之間,亮度迅速上升並緩慢下降。特別是在太陽活動高峰年,耀斑頻繁出現並變得更強。雖然只是壹個亮點,但壹旦出現,那簡直就是驚天動地的爆炸。這種亮度增強釋放的太陽耀斑能量相當於654.38+億至654.38+億次強烈火山爆發的總能量,或相當於數百億枚100噸級氫彈的爆炸;然而,大型耀斑爆發可以在120分鐘內釋放10的25次方焦耳。耀斑除了太陽表面的局部突然亮度外,主要表現為從射電波段到X射線的輻射通量突然增加;耀斑發出的輻射範圍很廣,包括紫外線、X射線和伽馬射線、紅外線和無線電發射、沖擊波和高能粒子流,甚至還有能量極高的宇宙射線。耀斑對地球空間環境有很大影響。太陽色球層發生了爆炸,地球大氣層立即出現了余音。耀斑爆發時,當大量高能粒子到達地球軌道時,將嚴重危及航天器內宇航員和儀器的安全。當耀斑輻射靠近地球時,它會與大氣分子發生劇烈碰撞,破壞電離層,使其失去反射無線電波的功能。無線電通信,特別是短波通信,以及電視和無線電廣播將受到幹擾甚至中斷。耀斑發射的高能帶電粒子流與地球高層大氣相互作用,產生極光並擾亂地球磁場,從而產生磁暴。此外,耀斑對氣象和水文也有不同程度的直接或間接影響。正因為如此,人們越來越重視對耀斑爆發的探測和預測,並試圖揭開耀斑的神秘面紗。
太陽光球上比周圍區域更亮的斑點組織。當用天文望遠鏡觀察它時,經常會發現在光球表面有些是亮的,有些是暗的。這種亮點和暗點是因為這裏的溫度不同而形成的。較暗的斑點稱為“太陽黑子”,較亮的斑點稱為“黑子”。黑子經常在太陽表面的邊緣“表演”,但很少出現在太陽表面的中心區域。由於太陽表面中心區域的輻射屬於光球層較深的氣體層,而邊緣的光主要來自光球層較高的部分,因此光斑高於太陽表面,可視為光球層上的“高原”。黑子也是太陽上的強烈風暴,天文學家稱之為“高原風暴”。然而,與烏雲翻滾、暴雨和強風的地面風暴相比,“高原風暴”的性格要溫和得多。光點的亮度只比安靜的光球稍強,壹般只大10%;溫度比寧靜的光球層高300℃。許多黑子與太陽黑子有著不解之緣,它們經常在太陽黑子周圍“表演”。少數黑子與太陽黑子無關,它們活躍在70°高緯度地區,面積相對較小。斑點的平均壽命約為15天,較大斑點的壽命可達三個月。光點不僅出現在光球上,而且在色球層上也有它的活動場所。當它在色球層上“表演”時,活動的位置與它出現在光球層上時大致相同。然而,出現在色球上的不是“光斑”,而是“光譜光斑”。其實光斑和譜斑是同壹個整體,只是因為它們的“居所”高度不同。這就像壹座大樓,光斑住在樓下,光譜點住在樓上。
紋理是太陽光球層上的壹種太陽表面結構。它是多邊形小顆粒的形狀,只有用天文望遠鏡才能觀察到。粒組織的溫度比粒間區域的溫度高300℃左右,所以比較明亮,容易看到。雖然它們是小顆粒,但實際直徑為1000 km ~2000 km。明亮的顆粒結構很可能是從對流層上升到光球層的熱氣團,它不隨時間變化且分布均勻,並呈現激烈的波動運動。當紋理上升到壹定高度時,它將很快變冷並立即沿著上升的熱氣流之間的間隙下降;壽命也很短,來去匆匆。從出現到消失,它幾乎比地球大氣層中的雲還要快,平均壽命只有幾分鐘。此外,近年來發現的超級肉芽的規模約為3萬公裏,壽命約為20小時。有趣的是,當舊的米粒組織消失時,新的米粒組織很快出現在原來的位置上。這種持續的現象就像我們每天看到的沸騰的米粥上不斷上下翻滾的熱氣泡壹樣。
明星也有自己的生命史,從出生、成長到衰老,最後走向死亡。它們在大小、顏色和進化上各不相同。恒星與生命之間的聯系不僅在於它提供光和熱。事實上,構成行星和生命物質的重原子是在壹些恒星生命末期發生的爆炸過程中產生的。目前,通過計算機模擬恒星演化和宇宙年代學模型,太陽主序星階段已經走過了約45.7億年。根據研究,45.9億年前氫分子雲的快速坍縮形成了第三代金牛座T星和第壹個恒星群,即太陽。這顆新生恒星在距離銀河系中心約27,000光年的近圓形軌道上運行。太陽在其主序星階段已經到達中年,在此期間,其核心內部的恒星核合成反應將氫融合為氦。在太陽的核心,每秒鐘可以有超過400萬噸的物質轉化為能量,產生中微子和太陽輻射。以這個速度,太陽迄今已將大約100個地球質量的物質轉化為能量。太陽作為主序星的時間大約持續654.38+00億年。太陽的質量不足以爆炸成超新星。50億至60億年後,太陽中的氫將耗盡,核心主要是氦原子,太陽將變成壹顆紅巨星。當其內核中的氫耗盡時,內核將收縮,溫度將上升,太陽外層將膨脹。當它的核心溫度上升到100,000,000 K時,氦將聚變產生碳,碳將進入漸近巨型分支。當太陽中的所有氦都轉化為碳時,太陽將不再發光,成為壹顆死星。地球的最終命運仍不明朗。當太陽變成紅巨星時,它的半徑可以超過1個天文單位,這超過了目前地球的軌道,是目前太陽半徑的260倍。不過,屆時作為漸近巨分支星,太陽將因恒星風損失當前質量的30%左右,因此行星軌道將被外推。僅從這壹點來看,地球可能不會被太陽吞噬。然而,新的研究表明,由於潮汐的影響,地球仍將被太陽吞噬。即使地球能夠逃脫被太陽融化的命運,地球上的水也會被蒸發,大氣層也會逃逸。事實上,即使當太陽仍然是主序星時,它也會逐漸變亮,表面溫度也會緩慢上升。太陽溫度的上升將導致地球表面溫度在9億年後上升,使我們目前所知的生命無法生存。之後,在654380億年後,地球表面的水將完全消失。紅巨星階段後,熱量產生的強烈脈沖將脫離太陽的外殼,形成行星狀星雲。失去外殼後,只剩下極熱的星核,它將成為白矮星,在很長壹段時間內慢慢冷卻和變暗。這是低質量恒星的典型演化過程【3】。
太陽在天空中的圓形表面的角直徑為32分鐘,這與從地球上看到的月球的角直徑非常接近。這是壹個奇妙的巧合(太陽的直徑約為月球的400倍,而距離我們的距離剛好是地球和月球的400倍),這使得日食看起來特別壯觀。因為太陽比其他恒星離我們近得多,所以它的視星等達到-26.8,是地球上最亮的天體。太陽每25.4天自轉壹周(平均周期;赤道自轉速度比高緯度地區快),每2億年繞銀河系中心公轉壹次。太陽由於其旋轉而略微變平,與完美球體的差異為0.001%,這相當於赤道半徑和極地半徑之間的差異為6公裏(地球為21公裏,月球為9公裏,木星為9000公裏,土星為5500公裏)。盡管差異很小,但測量這種平坦性很重要,因為任何稍大的平坦性(即使是0.005%)都會改變太陽引力對水星軌道的影響,從而使基於水星近日點進動的廣義相對論測試變得不可靠。
太陽風是壹種連續的等離子體流,它來自太陽,以200-800公裏/秒的速度運動。雖然這種物質與地球上的空氣不同,但它不是由氣體分子組成的,而是由更簡單的基本粒子組成的,例如質子和電子,它們比原子小壹個級別,但它們流動時產生的效果與空氣流非常相似,因此被稱為太陽風。當然,與地球上的風的密度相比,太陽風的密度非常非常薄,微不足道。壹般來說,在地球附近的行星際空間中,每立方厘米有幾個到幾十個粒子。地球上的風的密度是每立方厘米2687億個分子。雖然太陽風非常稀薄,但它比地球上的風吹得更猛烈。在地球上,12級臺風的風速超過每秒32.5米,而太陽風的風速在地球附近經常保持在每秒350 ~ 450公裏,這是地球風速的數萬倍,最猛烈的時候可以達到每秒800多公裏。太陽風從太陽大氣的最外層日冕不斷噴射到太空中的物質粒子流。這種粒子流是從冕洞噴射出來的,其主要成分是氫粒子和氦粒子。太陽風有兩種:壹種是連續輻射的,因其速度低、粒子含量低而被稱為“連續太陽風”;另壹個是它在太陽活躍時輻射,速度快,粒子含量高。這種太陽風被稱為“擾動太陽風”。被擾亂的太陽風對地球有很大的影響。當它到達地球時,往往會引起巨大的磁暴和強烈的極光,還會產生電離層擾動。太陽風的存在為我們研究太陽以及日地關系提供了便利。
除了原子能、火山、地震和潮汐之外,太陽能和其他恒星發出的能量是地球上所有能量的總來源。太陽輻射能量的光譜密度分數。達到地球大氣層上限的太陽輻射能量稱為天文太陽輻射。當地球位於日地平均距離時,單位時間內地球大氣上界垂直於太陽光線的單位面積所接收到的太陽輻射全光譜的總能量稱為太陽常數。太陽常數的常用單位是瓦特/平方米。由於觀測方法和技術的不同,得到的太陽常數值也不同。世界氣象組織(WMO)在1981公布的太陽常數為1368 W/m2。如果用太陽常數乘以以日地平均距離為半徑的球面面積,則得到太陽每分鐘發射的總能量,約為每分鐘2.273 × 10 28焦耳。太陽每秒向太空輻射的熱量相當於1億噸煤完全燃燒產生的熱量之和,相當於壹臺520萬億馬力發動機的功率。每平方米的太陽表面相當於壹個8.5萬馬力的發電站。)而地球只接收到其中的22億股能量。太陽每年向地球發送的能量相當於1000億千瓦時的能量。太陽能可以說是取之不盡、用之不竭、無汙染,是最理想的能源。地球大氣上界99%以上的太陽輻射光譜在0.15 ~ 4.0微米之間。大約50%的太陽輻射能量在可見光譜(波長0.4 ~ 0.76微米)中,7%在紫外光譜(波長;0.76微米),並且最大能量在0.475微米的波長處。由於太陽輻射的波長遠小於地面和大氣輻射的波長(約3 ~ 120微米),因此通常稱為短波輻射和長波輻射。太陽活動和日地距離的變化會引起地球大氣上限太陽輻射能量的變化。太陽壹直向地球傳遞光和熱。有了陽光,地球上的植物可以進行光合作用。大多數植物的葉子是綠色的,因為它們含有葉綠素。葉綠素只能利用光能合成各種有機物質。這個過程被稱為光合作用。據計算,全世界的綠色植物每天可產生約4億噸蛋白質、碳水化合物和脂肪,同時可向空氣中釋放近5億噸氧氣,為人類和動物提供充足的食物和氧氣。
對於人類來說,太陽無疑是宇宙中最重要的天體。萬物生長在太陽上。沒有太陽,地球上就不會有千姿百態的生命現象,當然也就不會有人類這種智慧生物。太陽給人們帶來光明和溫暖,它帶來晝夜和季節的循環,影響地球溫度的變化,並為地球的生命提供各種形式的能量。