分享

太阳内部结构揭密

 尤里蒙提 2016-11-13


       造成太阳辐射和活动的动力来自太阳内部。太阳中心的气体必然承受整个太阳的自引力所造成的压力。由于太阳质量很大,中心压强极高,处于太阳中心的气体必然具有极高的温度——1千5百万度左右。在这里,富含氢元素的太阳气体通过质子—质子反应和碳氮循环把质子聚变为α粒子,从而释放出巨大的能量来维持太阳的平衡。根据目前对太阳内部氢含量的估计,这种状态还能维持约50亿年。

    太阳内部产生的能量由太阳内部传播到光球表层,并向外发射。虽然产生的能量和发射的能量在数量上是相等的,但它们的性质却因经历了很长的、由内向外的辐射转移过程而大大改变。在核心,热动平衡温度量级是1千5百万度,而在太阳表面有效温度只有5500度。按普朗克辐射理论,中心辐射的频谱和表面辐射的频谱就大不相同。辐射从内部向外的转移过程是太阳各层物质吸收、发射、再吸收、再发射的过程。因此,从太阳核心区产生的Υ射线,经过从核心到表面的行程,就逐步降低它的频率,变为硬X射线、软X射线、远紫外线、紫外线,最后以可见光的形式被我们观测到。从太阳内部向外的温度变化必须保证各层次的辐射压强和重力的平衡,才能维持太阳整体的平衡和稳定。从这个事实可以得知,是太阳内部能量向外传播所要求的辐射平衡保证了太阳整体的流体静力学平衡。

    但是,在太阳中心的一个小范围内以及从太阳表面向内延伸到太阳半径约1/4处,流体静力学平衡就遭到破坏,造成流体的流动。在中心区,对流核的产生是因为原子核反应所造成的温度梯度超过了辐射平衡所容许的程度;在外层的对流层,则是由此层内氢的电离造成气体比热增加,破坏了辐射平衡所要求的温度梯度,从而破坏了流体静力学平衡,产生流动,进而发展为湍流。对流层的湍流场从对流层底部一直延伸到光球表面。太阳内部能量中的一小部分变成湍流场的动能和物质的热能,层层向外传递。这就是我们从光球、色球和日冕中看到的种种运动着的状态以及种种不稳定的爆发的能量来源。

    综合上述物理过程,结合我们观测到的太阳的质量、半径、光度和化学成分,进行“由表及里”的理论计算,我们可以求得一个在光度、质量、半径方面都能符合实际观测的太阳内部温度和密度的分布图。

    这样求得的太阳内部结构的图象还不是最后的图象,因为它有一个很大的矛盾,即著名的中微子之迷。这就使人们怀疑上述太阳内部结构图象是否正确。但到目前为止,还没有人提出能够解决此矛盾的新理论。


       太阳的构:
   
    太阳从中心向外可分为核反应区、辐射区、对流层和大气层。由于太阳外层气体的透明度极差,人类能够直接观测到的是太阳大气层,从内向外分为光球、色球和日冕3层。

    光球层是太阳大气的最内一部分,光球层厚度只有500公里,平均温度约为6000摄氏度,呈气态,大部分太阳辐射是从这里发出的。

    光球是人类实际能够看到的太阳的圆面,它的界限比较分明,太阳的半径就是按照这个界限确定的。光球层上能够观测到许多太阳活动:

    米粒组织和超米粒组织是气体对流现象

    太阳黑子是光球层上巨大的气流漩涡

   光斑

   白光耀斑


   色球层是太阳大气的中间层,平均厚度为2000千米。密度比光球层稀薄。温度有几千至几万摄氏度;但发出的光只有光球层的几千分之一。

    平时无法看到色球层,只有在发生日全食的时候,在暗黑日轮的边缘可以看到一弯红光,仅持续几秒钟,这就是色球的光辉。

    光球顶部的温度为4300摄氏度,而色球顶部的温度却有几万度。这种反常现象到现在还没有找出确切的原因。

    色球上最突出的特征是针状物。它们出现在日轮的边缘,像一些小火舌,偶尔腾出一束束的火柱。针状物从产生到小时只有10分钟左右的时间。

    在色球上还有一些其它的太阳活动:

   日珥

   耀斑

    日冕是太阳大气的最外层,厚度达到几百万公里以上。日冕温度有100万摄氏度。在高温下,氢、氦等原子已经被电离成带正电的质子、氦原子核和带负电的自由电子等。这些带电粒子运动速度极快,以致不断有带电的粒子挣脱太阳的引力束缚,射向太阳的外围。形成太阳风。日冕发出的光比色球层的还要弱。

    日冕可人为地分为3层:

  1、 内冕
  
  2 、中冕
  
  3 、外冕

    内冕从色球顶部延伸到

1.3太阳半径处;中冕从1.3

太阳半径到2.3 太阳半径,

也有人把2.3 太阳半径以内

统称内冕。大于 2.3 太阳半

径处称为外冕(以上距离均从

日心算起)。广义的日冕可包

括地球轨道以内的范围。

白光日冕有3个分量:

  K冕

  F冕又称为“内黄道光”
 
  E冕又称L冕

    日冕只有在日全食时才能看到,其形状随太阳活动大小而变化。在太阳活动极大年,日冕的形状接近圆形,而在太阳活动极小年则呈椭圆形。

   通过X射线或远紫外线照片,可以看到日冕中有大片不规则的暗黑区域,这称为冕洞。

 观测数据 :

   到地球的平均距离:
    149,597,870 千米

    视星等 (V) -26.8m

    绝对星等 4.8m

    物理数据:
 
   直径 : 1,392,000 km

   相对直径(dS/dE): 109

   表面面积:6.09 × 1012

                 平方千米
 

体积:1.41 × 1027 立方米

质量:1.9891 × 1030 千克

相对于地球质量 :333,400

密度 :1411 千克/米3

相对于地球密度: 0.26

相对于水的密度: 1.409

表面重力加速度:

               274 米/秒2
 
相对表面重力加速度:

                 27.9 倍

  表面温度: 5780 开

  中心温度: 约2000万 开

日冕层温度: 5 × 106 开

发光度 (LS) 3.827 × 1026

                    J s-1

轨道数据 :

自转周期 :

 赤道处: 27天6小时36分钟
 
纬度30°:28天4小时48分钟
 
纬度60°:30天19小时12分                      

纬度75°:31天19小时12分                    

绕银河系中心:
 
公转周期: 2.2 × 108年

   光球层成分:

  1、  氢 73.46 %

  2 、 氦 24.85 %

  3 、 氧 0.77 %

  4 、 碳 0.29 %

  5 、 铁 0.16 %

  6 、 氖 0.12 %

  7 、 氮 0.09 %

  8 、 硅 0.07 %

  9 、 镁 0.05 %

 10 、 硫 0.04 %


     太阳内核的温度高达摄氏一千五百万度,在那儿发生着氢-氦核聚变反应。核聚变反应每秒钟要消耗掉约五百万吨的物质,并转换成能量以光子的形式释放出来。这些光子从太阳中心到达太阳表面要花一百多万年。光子从太阳中心出发后先要经过辐射带,沿途在与原子微粒的碰撞丢失能量。随后要经过对流带,光子的能量被炽热的气体吸收,气体在对流中向表面传递能量。到达对流带边缘后,光子已经冷却到五千五百摄氏度了。

    我们所能直接看到的是位于太阳表面的光球层。光球层比较活跃,温度约为摄氏六千多度,属于比较“凉爽”部分。光球层上有一个个起伏的对流单元“米粒”。每个米粒的直径在一千六百公里左右,它们是一个个从太阳内部升上来的热气流的顶问。就是在不断的对流活动中,太阳每秒钟向宇宙空间释放着相当于一千亿个百万吨级核弹的能量。

    在光球层的某些局部温度比较低,在可见光范围内这些部位就显得比其它地方黑暗,所以人们称之为“黑子”。光球层外包裹着色球层,太阳将能量通过色球层向外传递。这一层中有太阳耀斑,所谓耀斑是黑子形成前产生的灼热氢云。色球层之外是太阳大气的最外层日冕。日冕非常庞大,可以向太空绵延数百万公里,但只有在日全食时才可看到它。人们可以在日冕中可以看到从色球层顶端产生的巨大火焰“日饵”。

   在辐射光和热的同时,太阳也产生一种低密度的粒子流——太阳风。太阳风以每秒四百五十公里的速度向宇宙空间辐射。地球和其它某些行星的极光也是太阳风带来的。如果一段时间内太阳风异常强大,便形成了太阳风暴。太阳的磁场极其强大复杂,其范围甚至越过了冥王星轨道。

    太阳已经近五十亿岁了,它还可以继续平静地燃烧约五十亿年。五十亿年后,太阳内部的氦将转变成更重的元素,亮度会增加到现在的一倍,体积也将不断膨胀,水星、金星和地球都将进入它的大气。在经历一亿年的红巨星阶段后,太阳将耗尽所有能源而坍缩成一颗白矮星,并通过向宇宙空间抛射物质而形成一个行星状星云。          

    本站是提供个人知识管理的网络存储空间,所有内容均由用户发布,不代表本站观点。请注意甄别内容中的联系方式、诱导购买等信息,谨防诈骗。如发现有害或侵权内容,请点击一键举报。
    转藏 分享 献花(0

    0条评论

    发表

    请遵守用户 评论公约

    类似文章 更多