关于太阳的信息
太阳是银河系中的一颗普通恒星,位于猎户座旋臂上,银道面以北,距离银河系中心约2.3光年。它以每秒250公里的速度绕银河系中心旋转,公转一周大约需要2.5亿年。太阳也在自转,其周期在赤道带约25天;极地是35天左右。
通过对太阳光谱的分析,我们知道太阳的化学成分和地球几乎一样,只是比例不同。太阳中最丰富的元素是氢,其次是氦、碳、氮、氧和各种金属。
太阳的结构
从内到外,太阳的结构主要分为:中心的热核反应区、核心外的辐射层、辐射层外的对流层和对流层外的太阳大气。
从核物理理论推断,太阳的中心是一个热核反应带。太阳中心区域占整个太阳半径的1/4,约为整个太阳质量的一半。这说明太阳中心区域的物质密度非常高。可以达到每立方厘米160克。太阳中心区域在自身强大引力的吸引下,处于高密度、高温、高压状态。它是太阳巨大能量的发源地。
太阳中心区域产生的能量主要通过辐射传递。太阳中心区域之外是辐射层,范围从热核中心区域顶部的0.25太阳半径到0.86太阳半径,温度、密度和压力从内向外递减。从体积上来说,辐射层占了整个太阳体积的绝大部分。
除了辐射,太阳内部能量向外传播,也有对流过程。即从太阳0.86太阳半径到太阳大气底部,这个区间称为对流层。这层气体性质变化很大,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。对流层外面是太阳大气层。太阳大气从内到外可分为光球层、色球层和日冕层。我们看到的是耀眼的太阳,是太阳大气中光球层发出的强烈可见光。光球层位于对流层之外,属于太阳大气的最低层或最内层。光球层的厚度约为500公里,相对于约70万公里的太阳半径,这就像是人类皮肤与肌肉的比例。当我们说太阳的平均温度约为6000摄氏度时,我们指的是这一层。光球之外是彩球。通常情况下,由于地球大气层散射了强烈的光球层,色球层淹没在蓝天中。只有在日全食的时候,你才有机会直接欣赏到彩球的红色外观。太阳色球是一个充满磁场的等离子层,厚约2500公里。它的温度从内到外逐渐升高,与光球层顶部相连的部分约为4500摄氏度,外层达到数万摄氏度。密度随着高度的增加而减小。整个色球层的结构是不均匀的。由于磁场的不稳定性,太阳高层大气经常发生爆炸,发生耀斑。
日冕是太阳大气的最外层。日冕中的物质也是等离子体,密度低于色球,温度高于色球,达到几百万摄氏度。日全食时,在太阳表面周围可以看到非常明亮的银白色光,这就是日冕。
太阳的能量
除了原子能、火山和地震,太阳能是地球上所有能量的总来源。那么,整个地球收到了多少呢?太阳散发出大量能量?科学家们设想放一个仪器来测量地球大气层外的总太阳辐射能量。每平方厘米,每分钟接收到的太阳辐射总能量为8.24焦耳。这个值被称为太阳常数。如果用太阳常数乘以以日地平均距离为半径的球面面积,得到太阳每分钟发出的总能量,约为每分钟2.273×1028焦耳。地球只接收到这种能量的22亿。太阳每年向地球发送的能量相当于6543.8+000亿千瓦时的能量。太阳能取之不尽,用之不竭,无污染,是最理想的能源。
太阳黑子
通过一般的光学望远镜观察太阳,我们观察光球层(太阳大气层最内层)的活动。你经常可以在光球上看到很多黑点,叫做太阳黑子。太阳表面黑子的大小、数量、位置和形状每天都不一样。黑子是光球物质剧烈运动形成的局部强磁场区,是光球活动的重要标志。长期观察太阳黑子会发现,有些年份太阳黑子多,有些年份太阳黑子少,有时太阳几天或几十天都没有黑子。天文学家早就注意到,从黑子最多(或最少)的一年到下一个黑子最多(或最少)的一年,大约有11年的间隔。换句话说,太阳黑子的平均活动周期为11,这也是整个太阳的活动周期。天文学家把太阳最黑的一年称为“太阳活动高峰年”,把太阳黑子最少的一年称为“太阳活动平静年”。
太阳耀斑
太阳耀斑是最强烈的太阳活动之一。一般认为发生在色球层,所以也叫“色球爆炸”。它的主要观测特征是迅速发展的亮点突然出现在太阳表面(往往在黑子群上方),其寿命只有几分钟到几十分钟之间,亮度上升快,下降慢。特别是在太阳活动高峰期,耀斑频繁出现,并变得更强。
虽然只是亮点,但是一旦出现,那简直就是惊天动地的爆炸。这种增亮释放的能量相当于654.38+万到654.38+0万次强烈火山爆发的总能量,或者相当于几百亿颗百吨级氢弹的爆炸;然而,一次大的耀斑爆发可以在120分钟内释放出10 ~ 25焦耳的巨大能量。
耀斑除了太阳表面局部突然变亮之外,主要表现为射电波段到X射线的辐射通量突然增加;耀斑发出的辐射范围很广,包括紫外线、X射线和伽马射线、红外线和无线电发射、冲击波和高能粒子流,甚至还有能量极高的宇宙射线。
耀斑对地球的空间环境影响很大。太阳色球层发生爆炸,地球大气层立刻出现余音。耀斑爆发时,当大量高能粒子到达地球轨道时,会严重危及航天器内宇航员和仪器的安全。当耀斑辐射靠近地球时,它会与大气分子发生剧烈碰撞,破坏电离层,使其失去反射无线电波的功能。无线电通信,尤其是短波通信,以及电视和广播都会受到干扰,甚至中断。耀斑发出的高能带电粒子流与地球高层大气相互作用,产生极光,扰乱地球磁场,产生磁暴。
此外,耀斑对气象和水文也有不同程度的直接或间接影响。正因为如此,人们越来越重视对耀斑爆发的探测和预测,并试图揭开耀斑迷宫的奥秘。
传说二战期间,有一天,德国前方战事吃紧,后方德军总部的接线员正忙着操纵电台,传达命令。突然,耳机里的声音没了。他检查了机器,电台完好无损;转动旋钮改变频率仍然没有帮助。结果前线推进联络,陷入群龙无首的混乱,战斗以失败告终。布鲁克被军事法庭判处死刑。他大叫“冤枉!哎!”后来查明,这次无线电中断的“罪魁祸首”是一颗照明弹。布鲁克的死是真的不对。他的死是因为当时人们还不知道信号弹。
光斑(光谱光斑)
太阳光球层上比周围区域更亮的斑点组织。用天文望远镜观测时,经常会发现光球表面有的亮,有的暗。这种明暗点是因为这里的温度不同而形成的。较暗的点称为“黑子”,较亮的点称为“黑子”。黑子经常“表演”在太阳表面的边缘,很少出现在太阳表面的中心区域。由于太阳表面中心区域的辐射属于光球层较深的气体层,而边缘的光主要来自光球层较高的部分,因此光斑高于太阳表面,可视为光球层上的“高原”。
黑子也是太阳上的强烈风暴,天文学家称之为“高原风暴”。但相对于乌云翻滚、暴雨大风的地面风暴,“高原风暴”的性格要温和得多。光点的亮度只比安静的光球层稍强,一般只大10%;温度比宁静的光球层高300℃。很多黑子与太阳黑子有着不解之缘,它们经常围绕着太阳黑子“表演”。少部分黑子与黑子无关,活跃在70°高纬区域,面积相对较小。斑的平均寿命约为15天,较大斑的寿命可达三个月。
光点不仅出现在光球层,而且在色球层也有它的活动场所。当它在色球上“表演”时,活动的位置与它出现在光球上时大致相同。但是,色球上出现的不是“光斑”,而是“光谱光斑”。其实光斑和谱斑是同一个整体,只是因为它们的“驻留”高度不同。这就像一栋楼,光斑住楼下,光谱点住楼上。
纹理结构
纹理是太阳光球层上的一种太阳表面结构。它是多边形小颗粒的形状,只有用天文望远镜才能观察到。粒组织的温度比粒间区域的温度高300℃左右,所以比较明亮,容易看到。虽然是小颗粒,但实际直径是1000 km-2000 km。
亮粒结构很可能是从对流层上升到光球层的热气团,不随时间变化且分布均匀,呈现剧烈的波动运动。当纹理上升到一定高度时,很快就会变冷,并立即沿着上升的热气流之间的缝隙下降;寿命也很短,来去匆匆。从出现到消失,几乎比地球大气层中的云还要快,平均寿命只有几分钟。此外,近几年发现的超粒化,规模约3万公里,寿命约20小时。
有趣的是,在旧的米粒组织消失的同时,新的米粒组织很快出现在原来的位置。这种持续的现象就像我们每天看到的沸腾的米粥上不断上下翻滚的热泡泡。
太阳活动-日珥
日珥是一种突出于太阳表面边缘之外的太阳活动现象。日珥出现时,大气中的彩球酷似燃烧的草原,玫瑰红色的舌形气体像火一样升起,形状各异,有的像云,有的像拱桥,有的像喷泉,有的像一丛丛的草,有的像喜庆的烟花一样美丽。整体来看,它们的形状就像附在太阳边缘的耳环,因此得名“日珥”。
日珥上升高度约为数万公里,大日珥可高出太阳表面数十万公里,一般长约20万公里,个别日珥可达1.5万公里。日珥比光球层暗得多,平时无法用肉眼观察到,只有在日全食时才能直接看到。
日珥是一种非常奇特的太阳活动现象。它的温度在5000到8,000之间,大部分日珥上升到一定高度,然后慢慢降落在太阳表面。但有些日珥漂浮在日冕的下层,温度高达200万K,即不附着也不解体,就像炽热的炼钢炉里有一块未融化的冰一样奇怪。此外,日珥的密度比日冕的密度高654,330。
冲浪
冲浪也被称为“太阳波”。太阳光球物质的一种喷射现象。一般发生在太阳黑子上空,重现能力很强。当一个碎浪沿着上升的路径掉队时,就会触发新的碎浪起飞,以此类推,但每次的规模和高度都越来越小,直到消失。
在太阳边缘冲浪看起来就像一个明亮的小山丘,顶部有一个尖尖的尖峰。上升的高度不一样。小冲浪只有几百公里,大冲浪能达到5000公里,最大冲浪能达到1 ~ 20000公里。弹丸最大速度可达每秒100 ~ 200公里,比最快的侦察机快100倍以上。当它们到达最高点时,它们在太阳引力的影响下开始下降,直到它们回到太阳表面。从高分辨率的观测数据中发现,冲浪运动是由非常小的一束纤维组成的,每一束纤维之间相隔非常小,作为一个整体一起发光和运动。
针
色球层上有无数针状的高温等离子体小日珥。观察太阳轮的边缘,我们可以看到许多微小而明亮的“火焰”,就像太阳表面一簇簇燃烧的草。针的宽度约800公里,高度4400 ~ 9800公里,平均寿命约5分钟。
在中央色球层,针的数量约为25万根;在距离太阳3000公里处,减少到9.3万;距离太阳1.5万公里的地方只剩下200个左右。针以大约每秒25公里的速度从色球中射出。它们有的匀速上升,有的跳跃上升到一定高度,受太阳引力影响开始下落。
70年代中期,美国发射的“天空实验室”发现了超级针现象,宽度为1.8万公里,高度为43000公里,都比普通针大10倍。超新星可以上升到35000公里的高度,在日冕周围徘徊一段时间,然后落回色球层,停留40分钟。