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觀兒童叢書有感2（太陽結構）

作者：FFFrank│2021-06-15 09:37:36│巴幣：0│人氣：225

兒童叢書的第二本：太陽系，我覺得真的太難，所以就挑個以前有好奇過的東西，雖然我只看

懂不到一成。

單純的搬運維基百科中...我覺得這很難理解純粹存著以後說不定會懂.......呢？

最近讓朋友很困擾，搞到兩個都不愉快，連帶的我也沒心情弄這個，導致這個拖很久....雖然沒有人要看就是了。

一。太陽的介紹：

（1）性質

與地球平均距離為1.496×10^8 km （光速約8分19秒）

視星等（V）=−26.74 （亮到炸）

絕對星等=4.839 （其實也還好嘛）

光譜類型：G2V（等下講）

在太空中觀測的顏色：色號#fff5f2

金屬量：Z = 0.0122

角直徑：31.6′ – 32.7′

（2）軌道特性：

與銀河系核心平均距離：~2.5×10^17 km（26000光年）

銀河的週期：(2.25–2.50)×10^8 a（a是365.25天）

速度：~220 km/秒（環繞銀河系中心的軌道）

~20 km/秒（相對於在星際間鄰近恆星的平均速度）

~370 km/秒（相對於宇宙微波背景）

（3）物理特性

平均直徑：1.392×10^6 km （=109 × 地球）

赤道半徑：6.955×10^5 km（ =109 × 地球）

赤道圓周4.379×10^6 km （=109 × 地球）

扁率：9×10^−6（只要知道很圓就可以了）

表面積：6.0877×10^12 km^2（=11990 × 地球）

體積：1.412×1018 km^3 （=1300000 × 地球）

質量：1.9891×1030 kg（=333000 × 地球）

（4）密度

「平均」密度：1.408×103 kg/m^3

中心（模型）：1.622×10^5 kg/m^3

光球底部：2×10^−4 kg/m^3

色球底部：5×10^−6 kg/m^3

日冕（平均）：1×10^−12 kg/m^3 [8]

（5）重力

赤道表面重力：274.0 m/s^2 （=27.94 g=28 × 地球）

逃逸速度（從表面）617.7 km/s（ =55 × 地球）

（6）溫度

中心（模型）：~1.57×10^7 K

光球（有效）：5778 K

日冕：~5×10^6 K

（7）發光

光度（L太陽）：3.846×1026 W=~3.75×1028 lm（流明）=~98 lm/W 發光效率

平均強度（I太陽）=2.009×10^7 W•m^−2•sr^−1

（8）自轉特性

傾角：7.25°（對黃道）、67.23°（對銀河平面）

赤經北極：286.13°=19h 4min 30s

赤緯北極：+63.87°=63°52' North

（9）恆星自轉週期

1.（在赤道）25.05天

2.（在緯度16°）25.38天=25d 9h 7min 12s

3.（在極區）34.4天

自轉速度（在赤道）：7.189×103 km/h

（10）光球的組成（依質量）：

H：73.46% He：24.85% O：0.77% C：0.29% Fe：0.16% Ne：0.12% N：0.09% Si：0.07% Mg：0.05% S：0.04%

二。簡述

太陽位於銀河系內側邊緣的獵戶臂，在本星際雲或古爾德帶，距離銀河中心7,500－8,500秒差距（25,000－28,000光年）的假設距離，包含在太空中的一個稀薄高溫氣體，可能是由一顆超新星殘骸傑敏卡γ射線源的本地泡，而太陽是太陽系中心的恆星，幾乎是由熱電漿與磁場交織著的一個理想球體。佔太陽系總質量的99.8632%（太陽系很太陽，很純），從化學組成來看，太陽質量的大約四分之三是H，剩下的幾乎都是He，包括O、C、Ne、Fe和其他的重元素質量少於2%，分類上為G型主序星。

（光譜其實有一個白爛的口訣....但我不想說）

。由於太陽是由電漿組成，並不是固體（對，你不可能登陸太陽表面），所以他的赤道轉得比極區快。這種現象稱為較差自轉（反正就是越接近赤道轉越快），其原因是從太陽核心向外伸展的溫度變化，引發的太陽物質的對流運動。這些物質攜帶著一部份從黃道北極看是逆時鐘的太陽角動量，因而重新分配了角速度（看不懂....）。實際的轉動週期在赤道大約是25.6天，在極區是33.5天，但是因為地球在環繞太陽時，不斷改變公轉軌道的角度，使得太陽赤道自轉的視運動大約是28天。這種緩慢旋轉作用的離心力在赤道的效應不及太陽重力的1,800萬分之一，即使是行星產生的潮汐力也因為太微弱而對太陽的形狀起不了作用（應該是指不會變太橢圓）。

太陽是富金屬星。太陽的形成可能是一顆或多顆鄰近的超新星激震波所致。這個猜測是基於太陽系中高度的重元素含量。在太陽系中，重金屬元素ex:Au、U的含量遠高於貧金屬恆星的豐度。表面上看來這些元素只會由超新星產生的吸能核反應，或第二代恆星內部的核遷變（從一個元素轉換成另一個元素）而產生。

二。結構：

（1）日冕：

1.是環繞太陽周圍的電漿光環，環繞其它恆星的稱為冕或星冕。太陽的日冕延伸到外太空數百萬公里，在每一次的日全食中都很容易看到；平常也可以透過日冕儀觀測。分光術的測量顯示日冕是溫度超過1,000,000k，強烈電離的電漿，比太陽表面熱了許多。

2.來自日冕的光有三個主要的來源，而且都來自空間中相同的區域。

（1）K冕：有連續的意思，它是陽光經由自由電子的湯姆森散射造成的。來自光球層的可見光，在日冕中被電漿吸收產生的吸收譜線，因為強大的都卜勒致寬的擴散，使被反射的光球層吸收線完全被遮蔽掉，造成光譜的外觀呈現沒有吸收譜線的連續光譜。

（2）F冕：是由被塵埃反射的太陽光所產生，並且可以被觀測到。因為它的光包含了在原始的陽光中可以看到的夫朗和斐吸收譜線；它從太陽延伸到非常大的離日度，就會被稱為黃道光。

（3）E冕：也稱發射冕（E為發射），是由存在日冕電漿中的離子產生的光譜發射線。它可以被觀測到是寬譜線、禁線或是熱發射線，並且是日暈成分的主要資訊來源。

（2）表面（就是光球）：

太陽沒有像固態行星一樣明確的界線，並且它外面的氣體密度是隨著中心距離的增加呈指數下降。然而太陽也有明確的結構劃分。一般定義太陽的半徑為從它的中心到光球邊緣的距離。光球只是氣體層的上層，因為太冷或太薄而輻射出大量可見光，並且因此成為肉眼最容易看見的表面。

（3）光球：

光球是人類實際能夠看到的太陽的圓面，它的界限比較分明，太陽的半徑就是按照這個界限確定的。而太陽光球的有效溫度大約是5780K，是太陽大氣的最內一部分，密度大約是2×10^-4 kg•m^−3，粒子數密度為10^23/m^3，大約是地球大氣層在海平面附近密度的1%；其他的恆星的光球可以更熱或更冷。

太陽的光球的厚度只有500公里，由被稱為米粒組織的對流胞組成，每個由氣體組成的對流胞直徑大約1,000公里，熱的氣體由中心向上升，而變冷的氣體從它們之間狹窄的空隙下沉。每個米粒組織的生命期大約是8分鐘，造成一個連續煮沸的轉移模式。典型的米粒組織可以聚集成直徑達到30,000公里，生命期長達24小時的更大集團－超米粒組織。這些細節是在其他的恆星上觀察不到的。

在光球之上，太陽還有幾層可以觀察到的大氣層：色球層位於光球和更熱且更稀薄的日冕之間，厚度可以達到10,000公里，通常要使用濾色片，像Hα濾鏡，才能觀察到。出現在光球表面上的其它現象還有太陽閃焰、太陽黑子和光斑。

（4）米粒：

米粒組織（granulation）是太陽光球面的顆粒狀的斑駁外觀。是由太陽的對流層浮升至光球表面的電漿熱柱（貝納德穴流）造成的現象。因為看似許多米粒（granule）遍布在太陽表面而得名。米粒的上升部分位於電漿較熱的中心，米粒的外緣是較冷的電漿下沉，所以顯得較暗。所謂的較冷和較暗是與更熱和更亮的電漿嚴格比較的相對結果。因為亮度與溫度的4次方成正比（要背喔），所以極小的熱量損失也會造成明顯的光度對比；這些較冷和較暗的電漿依然比一般的熱源更熱，也明亮得多。除了可見的外觀，對流運動和都卜勒頻移的測量也提供個別米粒對流性質的證據。

一顆典型的米粒直徑大約在1,500公里，在消失前會存在8至20分鐘。在任何時間，太陽的表面都有大約400萬顆米粒。在光球層內的下方是一層直徑達到30,000公里，壽命可長達24小時的超米粒組織。

（5）太陽黑子：

太陽黑子（日斑）是太陽光球上的臨時現象，它們在可見光下呈現比周圍區域黑暗的斑點。它們是由高密度的磁性活動抑制了對流的激烈活動造成的，在表面形成溫度降低的區域。雖然它們的溫度仍然大約有3000-4500K，但是與周圍5,780K的物質對比之下，使它們清楚的顯視為黑點，因為黑體（光球非常近似於黑體）的熱強度（I）與溫度（T）的四次方成正比。如果將黑子與周圍的光球隔離開來，黑子會比一個電弧更為明亮。當它們在太陽表面橫越移動時，會膨脹和收縮，直徑可以達到80,000公里，因此在地球上不用望遠鏡也可以直接看見。

激烈的磁場活動顯示，太陽黑子會導致次一級的活動，像是冕圈和再聯結事件。大多數的閃焰和日冕物質拋射都起源於可見到黑子群存在的磁場活動區域。相似的現象也在一些有著星斑的恆星上被直接觀測到。

太陽黑子很少單獨活動，常是成群出現。黑子的活動週期為11.2年（地科要背），活躍時會對地球的磁場產生影響，主要是使地球南北極和赤道的大氣環流作經向流動，從而造成惡劣天氣，使氣候轉冷。嚴重時會對各類電子產品和電器造成損害。

一個發展完全的黑子由較暗的核（本影）和周圍較亮的部分（半影）構成，中間凹陷大約500km。黑子經常成對或成群出現，其中由兩個主要的黑子組成的居多。位於西面的叫做「前導黑子」，位於東面的叫做「後隨黑子」。一個小黑子大約有1000km，而一個大黑子則可達20萬km。

（6）閃焰：

閃焰是在太陽的盤面或邊緣觀測到的突發閃光現象，它會釋放出高達6 × 1025焦耳的巨大能量（大約是太陽每秒鐘釋放總能量的六倍，或相當於160拍噸(petaton)TNT。它們通常伴隨著發生日冕物質拋射的事件。閃焰會從太陽的日冕拋射出電子、離子、和原子的雲氣團進入太空。通常，在事件發生後的一兩天，這些雲氣團就可能會到達地球。這個名詞也適用在發生類似現象的恆星，但通常會使用「恆星閃焰」來稱呼。

（7）日珥：

是太陽表面噴出的熾熱的氣流，是在太陽的色球層上產生的一種非常強烈的太陽活動，是太陽活動的標誌之一。它是太陽磁場劇烈活動的結果，也是證明太陽磁場存在的證據。

而日珥可分為：

1.活動日珥

日珥是太陽表面噴出的熾熱的氣流，噴到宇宙間可達幾萬公里遠。看上去就像巨大的拱門，它們可以持續幾小時，有的甚至可以持續幾天。

2.爆發日珥（又稱環狀日珥）

3.黑子日珥

4.龍捲日珥

5.寧靜日珥

6.冕珥

（8）太陽風：

太陽風（solar wind）特指由太陽上層大氣射出的超高速電漿（帶電粒子）流。非出自太陽的類似帶電粒子流也常稱爲「恆星風」。長期觀測發現，當太陽存在冕洞時，地球附近就能觀測到高速的太陽風。因此天文學家認為高速太陽風的產生與冕洞有密切的關係。太陽表面的磁場及電漿活動對地球有很重要的影響。當太陽發生強烈的活動時，大量的帶電粒子隨著太陽風吹向地球的兩極，就會在兩極的電離層引發美麗的極光。

（9）色球（Chromosphere）：

色球層是太陽大氣層主要三層中的第二層，厚度大約2,000公里，位於光球層的上方和過渡區的下方。密度相當低，它的起始處即色球層的底部，密度只有光球的10^−4倍；相較於地球的大氣層，更只有10^−8。這使它平常無法被看見，只有在日全食的短暫時間中可以看見它展現出略帶紅色的色調，顏色介於紅色和粉紅色之間。

然而，若沒有特殊的設備，會因為光球層壓倒性的明亮效果，所以無法看見色球層。

色球層的密度隨著與太陽中心的距離增加而降低，從每立方公分10^17顆微粒呈指數下降，或從大約1.6×10^11 kg/m3到最外的邊界處為2×10^4 kg/m^3。溫度從內側邊界6,000K[3]到最低處大約是 3,800K，然後向外增加至外側與日冕過渡區交界處的溫度大約是35,000K。

（10）對流層：

在恆星內部以對流為傳輸能量主要方式的半徑區域。在輻射層，能量經由輻射傳遞。恆星的對流包括內部電漿的質量移動，通常是形成熱電漿上升，冷電漿下沉的迴路。

（11）差旋層：

差旋層是存在於質量超過0.3太陽質量恆星的輻射層和外面有著較差自轉的對流層之間的區域。該區域因為旋轉速率非常迅速的變換，導致具有非常大的切變。外面的對流層像是一般的流體，有著極區轉得較慢，赤道轉得較快的較差自轉。內部的輻射層可能是化石恆星磁場（Fossil stellar magnetic fields），表現出鋼體的性質。內部的旋轉速率大致等於中緯度的自轉速率，即慢速的極區和快速的赤道之間的旋轉速率。日震學的最近結果顯示，差旋層位於0.7太陽半徑之處（從核心測量，即在表面為1太陽半徑），厚度約為0.04太陽半徑。這意味著該區有著非常大的剪切輪廓，而這是形成大規模磁場的一種方式。

（12）輻射層：

輻射層是恆星內部經由輻射而不是對流的手段向外傳遞能量的區域，能量以電磁輻射，像是光子，的形式穿越輻射層。在太陽內部，輻射層位於太陽核心和對流層之間，從0.2至0.71太陽半徑的區間。物質在輻射層有很高的密度，光子只能自由旅行很短的距離，就會被吸收或散射成另一個粒子，在這個過程中並且會逐漸轉移成較長的波長。由於這個原因，從太陽核心區域離開的γ射線平均要171,000年才能穿越輻射區。在這個範圍內，電漿的溫度從核心的1,500萬K下降，抵達對流層底部時大約是150萬K。對主序星 ─以氫核心的核融合產生能量的恆星，輻射層的位置取決於恆星的質量。質量低於0.3太陽質量的主序星，整個都是對流層，意思是它們並沒有輻射層。從0.3至1.2太陽質量，圍繞著核心區域的是輻射層，上面覆蓋著差旋層，將它與對流層分隔開來。大約1.2太陽質量的恆星，整顆幾乎都是輻射層。超過1.2太陽質量的恆星，核心區域會成為對流層，在上面覆蓋著輻射層，在對流層的質量會隨著恆星的總質量的增加而增加。

（13）核心：

太陽的內部不能被直接觀察到，對電磁輻射也是不透明的。但是，正如地球上通過研究地震波來揭露地球的內部結構，日震學中也可藉由在太陽內部的壓力波（人耳聽不見的次聲波。注：次聲波是低到人耳聽不到的聲波頻率）來測量和明確太陽內部的結構。太陽的深層內在構造也可以通過電腦建模等理論工具來研究。

太陽核心被認為是由中心點至0.2倍太陽半徑的區域，是太陽系內溫度最高的地方。它的密度高達150,000 kg/m^3（是地球上水的密度的150倍），溫度則為15,000,000K（對比於太陽表面的溫度大約是6,000K）。太陽中心疑似有扭曲力。

三。能量：

（1）核心是太陽內部唯一能經由核融合產生能量的地方，以陽光的形式釋放出熱，從核心向外傳輸的能量加熱了太陽其餘的部分。所有經由核融合產生的能量在太陽內部必須多次遊遍各個層次之後，才能以陽光或微粒的動能形式逃離太陽。

（2）產能方式：

1.氫燃燒：

（1）氘燃燒：發生在一些恆星和次恆星天體的核融合反應，其中的氘原子核和質子相結合，形成一個氦-3核融合反應。它發生在質子-質子鏈反應的第二階段，由兩個質子融合形成一個氘原子核，再進一步與另一個質子融合。（參考p-p鏈）

（2）p-p鏈循環：而太陽這樣的低質量的主序星，主導能量生產過程的是質子-質子鏈反應。