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太阳之简介

2021-06-27  本文已影响0人  科学的大手

引言

       太阳是太阳系中唯一一颗恒星,也是我们人类目前唯一能够探测的恒星。与我们平常生活中看到的安静球体不同,太阳上无时无刻都在发生着太阳活动,有些剧烈的太阳活动能够造成卫星损坏、通讯终端、电网断电等事故,这些爆发性活动是影响地球及地球周围空间环境的主要因素。

基本参数

         太阳与地球的距离可通过金星凌日来计算,得到的结果是 1.495978707\times 10^{8} km,即1.5亿公里,称为一个天文单位(1 AU)。半径可通过太阳在视野中的角度来计算,是 69.6\times 10^{4} km。我们在度量太阳表面活动的空间尺度时,通常使用角秒(aresec)为单位,1角度等于3600角秒。日面的直径约为1920角秒,由此可计算出1角秒在日面上表示的长度,即1角秒=\dfrac{2R_s}{1920}=725 km

       太阳的质量是根据万有引力公式计算的,为1.99 \times 10^{30} kg ,是地球质量的30万倍,但其平均密度是1.41g/cm^{-3} ,稍大于水的密度,是地球平均密度的四分之一。太阳表面的重力加速度是274  m/s^2,大约是地球的27倍。

       太阳持续向外以电磁辐射的形式输送能量,单位时间内输送的能量(即辐射功率或辐射能流)称作太阳光度(luminosity),为3.844 \times 10^{23} kW。在地球轨道上垂直于日地连线的单位面积上、单位时间内接受的辐射能量称为太阳常数,为1.4kW/m^2。太阳辐射可近似为理想黑体辐射,所以根据太阳的辐射功率谱可以推出太阳表面的温度为5778K。太阳辐射是全波段的,但其主要功率集中在可见光和近红外波段,波长在0.2~10.0\mu m之间的辐射能已经占太阳常数的99.9%。

结构简介

        太阳是一个气态等离子球,大部分原子处于电离状态,其成分中氢占91%,氦和其他元素共占9%。我们所看到的太阳就是太阳表面,表面之下是太阳内部,由内到外依次为内核、辐射区和对流层,无法直接进行光学观测。表面之上是太阳大气,依次是光球层、色球层、过渡区和日冕,太阳大气相比日面非常暗,只能够在遮挡住日面时候看到,比如日食、日冕仪。

太阳

        太阳的能量来源于其内部的氢核聚变,发生在内核。内核产生的能量以光能的形式在辐射区传播,经过多次吸收-再辐射的过程使得辐射波长逐渐增大,要到达对流层大约需要17万年。在对流层中能量以对流的形式传播,类似于烧开水,将对流层底部的能量传输到太阳表面,在太阳表面形成米粒组织。光球层和色球层是非常薄的区域,在这个区域温度变化不大,在五千摄氏度左右。根据热力学第二定律,太阳大气温度应该随着高度的上升而下降,但实际上太阳日冕的温度可达百万摄氏度,这个问题一直是讨论的热点,虽然目前有各种各样的解释,但都无法全面的解释这一日冕加热问题。过渡区是光球层和日冕之间温度突变的区域,非常薄,也表示着这从色球层到日冕温度的变化非常快。

人类最早观测到的太阳活动是太阳黑子,是在公元前28年我国汉朝人所观测到的。在《汉书·五行志》里是这样记载的:“成帝河平元年三月乙未,日出黄,有黑气,大如钱,居日中央”。太阳表面或者光球层上的其他现象还有米粒组织,高一些的针状体、日珥。爆发性现象(活动)发生在日冕中,主要是耀斑和日冕物质抛射(CMEs),其中耀斑主要是指剧烈的发光发热的现象,CMEs主要是指将大量等离子团抛出太阳(不一定朝向地球)。发生太阳活动的区域成为太阳活动区,一个活动区中往往会先形成黑子、日珥等结构,爆发时产生耀斑和CMEs。另外需要注意的是日冕不是全覆盖的,主要集中在太阳低纬度的区域,没有日冕物质的地方(比如极区)称为冕洞。


这部分内容主要是想先形成一个大概的图像,知道太阳的一些参数,都有哪些内容,更具体的会在接下来的文章中一一说明。

大家有什么建议或者问题的欢迎留言评论,对上面提到的一些计算方法感兴趣的,比如通过金星凌日计算日地距离,可以私聊我讲解。

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