一篇科普文章,,對(duì)太陽(yáng)的演化、結(jié)構(gòu)等做了比較全面的介紹。與之前的《地球檔案》屬于同一系列,。 原題為《太陽(yáng)的形成,、真相和特征》(The Sun: Formation, Facts and Characteristics)
太陽(yáng)位于太陽(yáng)系的中心,也是太陽(yáng)系中最大的天體,。太陽(yáng)的質(zhì)量占太陽(yáng)系總質(zhì)量的99.8%,,其直徑大約為地球的109倍,差不多一百萬(wàn)個(gè)地球才能填滿一個(gè)太陽(yáng),。 太陽(yáng)的可見部分溫度約1萬(wàn)華氏度(5500攝氏度),,由核反應(yīng)驅(qū)動(dòng)的核心溫度超過2700萬(wàn)華氏度(1500萬(wàn)攝氏度)。太陽(yáng)每秒鐘產(chǎn)生的能量相當(dāng)于1000億噸炸藥爆炸,。 太陽(yáng)是銀河系中1000億顆恒星中的一員,。太陽(yáng)距離銀河系中心25000光年,每2億5000萬(wàn)年完成一周繞銀心公轉(zhuǎn),。太陽(yáng)相對(duì)來(lái)說(shuō)還年輕,,屬于我們所謂的 I 類恒星,這類恒星中的比氦重的元素相對(duì)豐富一些,。更老的恒星稱為 II 類恒星,,更早一代的 III 類恒星也有可能存在,雖然我們現(xiàn)在還沒有發(fā)現(xiàn),。 一個(gè)巨大的日珥在太陽(yáng)西南區(qū)域爆發(fā),。此全景照片由NASA的太陽(yáng)動(dòng)力學(xué)觀測(cè)衛(wèi)星于2010年11月17日拍攝。 形成和演化 太陽(yáng)在大約46億年前誕生,。許多科學(xué)家認(rèn)為太陽(yáng)和太陽(yáng)系的其他部分是由一團(tuán)稱為“太陽(yáng)星云”的巨大的旋轉(zhuǎn)著的氣體和塵埃星云形成來(lái)的,。隨著由于重力引起的星云坍縮,它旋轉(zhuǎn)得越來(lái)越快,,并變成了盤狀,。大部分物質(zhì)被吸引到中心形成了太陽(yáng)。 太陽(yáng)擁有足夠的核燃料,,能支持它再存在50億年,。之后,太陽(yáng)會(huì)膨脹成為一顆紅巨星,。最終,,他將拋掉它的外層,留下的核心將坍縮為一顆白矮星,。再經(jīng)過漫長(zhǎng)的歲月,,它會(huì)走向衰老,以一顆暗淡,、低溫的黑矮星身份進(jìn)入它的最后階段,。 特征 內(nèi)部結(jié)構(gòu)和太陽(yáng)大氣 太陽(yáng)和太陽(yáng)大氣可以被區(qū)分成幾個(gè)區(qū)域和層次,。太陽(yáng)的內(nèi)部,從內(nèi)到外,,依次分為核心,、輻射區(qū)和對(duì)流區(qū)。太陽(yáng)大氣則由光球?qū)?、色球?qū)?、過渡區(qū)和日冕組成。在這些之外還有太陽(yáng)風(fēng)——由日冕而來(lái)的氣體流,。 太陽(yáng)核心半徑為太陽(yáng)表面半徑的1/4,。盡管它只占太陽(yáng)總體積的2%,但其密度可達(dá)鉛的16倍,,并占有差不多一半的太陽(yáng)質(zhì)量,。接下來(lái)是輻射區(qū),其范圍從核心表面到太陽(yáng)半徑的70%處,,占太陽(yáng)總體積的32%,,總質(zhì)量的48%。從核心發(fā)出的光在這一區(qū)域發(fā)生散射,,以至于一個(gè)光子可能要花100萬(wàn)年才能通過,。對(duì)流區(qū)的范圍直達(dá)太陽(yáng)表面,占有太陽(yáng)體積的66%,,但只有太陽(yáng)質(zhì)量的2%多一點(diǎn)兒,。激烈攪動(dòng)的氣體“對(duì)流環(huán)”占據(jù)著這一區(qū)域。太陽(yáng)有兩種主要的對(duì)流環(huán)——寬約600英里(1000公里)的米粒組織和直徑約20000英里(30000公里)的超米粒組織,。 光球是太陽(yáng)大氣的最底層,,我們看到的光線就是從它發(fā)出的。其厚度約300英里(500公里),,大部分光線是從它1/3的最底層發(fā)出的,。光球的底層溫度為11000華氏度(6125攝氏度),頂層溫度為7460華氏度(4125攝氏度),。它完全由釘子形的太陽(yáng)活動(dòng)針狀體組成,,典型寬度為600英里(1000公里),高度為6000英里(10000公里),。在這之外是厚度為幾百到幾千公里的過渡區(qū),,它由在其上的日冕加熱,并發(fā)射大部分光和紫外線,。最頂層的是超熱日冕,,由日冕環(huán)和電離氣體流組成。日冕溫度最低為90萬(wàn)華氏度(50萬(wàn)攝氏度),,最高達(dá)1080萬(wàn)華氏度(600萬(wàn)攝氏度),。當(dāng)太陽(yáng)耀斑爆發(fā)時(shí),其溫度可達(dá)1千萬(wàn)攝氏度,。從日冕噴出的物質(zhì)稱為太陽(yáng)風(fēng),。 磁場(chǎng) 太陽(yáng)的典型磁場(chǎng)強(qiáng)度只有地球磁場(chǎng)強(qiáng)度的2倍。然而,,它卻在一些小區(qū)域被集中起來(lái),,在那里達(dá)到一般強(qiáng)度的3000倍。磁場(chǎng)的扭結(jié)彎曲是因?yàn)樘?yáng)赤道的自轉(zhuǎn)速度比高緯度區(qū)域的自轉(zhuǎn)速度更高,,另外一個(gè)原因是太陽(yáng)內(nèi)部比太陽(yáng)表面轉(zhuǎn)速更高,。這種變形造就了太陽(yáng)黑子以及耀斑和日冕物質(zhì)拋射等壯觀的景象。太陽(yáng)耀斑是太陽(yáng)系中最劇烈的爆發(fā),。雖然日冕物質(zhì)拋射稍溫和一些,,但是卻包含更多的物質(zhì)——單獨(dú)的一次的拋射可以向太空噴出200億英噸(180億噸)物質(zhì)。 化學(xué)組成 就像大部分其它恒星一樣,,太陽(yáng)主要由氫構(gòu)成,,其次是氦。剩余的幾乎所有物質(zhì)由7種其它元素構(gòu)成——氧,、碳,、氖、氮,、鎂,、鐵和硅。太陽(yáng)中每100萬(wàn)個(gè)氫原子對(duì)應(yīng)9萬(wàn)8000個(gè)氦原子,、850個(gè)氧原子,、360個(gè)碳原子、120個(gè)氖原子,、110個(gè)氮原子,、40個(gè)鎂原子、35個(gè)鐵原子和35個(gè)硅原子,。氫也是所有元素中最輕的,,所以它大約只占太陽(yáng)總質(zhì)量的72%,氦大約占26%,。 太陽(yáng)黑子和太陽(yáng)周期 太陽(yáng)黑子是太陽(yáng)表面相對(duì)較冷較暗的,,大致呈圓形的區(qū)域。它們出現(xiàn)在高密度磁場(chǎng)束從內(nèi)部突破到表面的地方,。黑子的數(shù)量隨著磁場(chǎng)活動(dòng)的變化而變化,,從最小值的零發(fā)展到最大值的250個(gè)或一簇,再變回最小值的過程,,稱為太陽(yáng)周期,,平均為11年,。在周期的最后,磁場(chǎng)的兩極快速翻轉(zhuǎn),。 觀測(cè)簡(jiǎn)史 原始文明經(jīng)常用改造天然石群或修建石碑來(lái)記錄太陽(yáng)和月亮的運(yùn)行和季節(jié)變化,,創(chuàng)立歷法和觀測(cè)日食月食。許多人相信太陽(yáng)繞地球旋轉(zhuǎn),,即古希臘學(xué)者Ptolemy于公元150年建立的地心說(shuō),。之后,在1543年,,Copernicus(哥白尼)提出了以太陽(yáng)為太陽(yáng)系中心的日心說(shuō),。1610年,Galileo(伽利略)通過對(duì)木星衛(wèi)星的觀測(cè),,揭示了并不是所有的天體都繞地球旋轉(zhuǎn),。 為了探索太陽(yáng)和其它恒星的工作原理,在早期觀測(cè)活動(dòng)后,,科學(xué)家使用火箭開始在地球軌道上對(duì)太陽(yáng)進(jìn)行研究,。NASA在1962年到1971年間發(fā)射了被稱為“軌道太陽(yáng)觀測(cè)臺(tái)”的一系列共8個(gè)軌道觀測(cè)衛(wèi)星。其中7個(gè)獲得成功,,并取得了紫外波段和X射線波段分析和拍攝超熱日冕等成就,。 1990年,NASA和歐洲空間局發(fā)射了尤利西斯號(hào)探測(cè)器,,對(duì)太陽(yáng)極地區(qū)域做了首次觀察,。在2004年,NASA的起源號(hào)飛船攜帶太陽(yáng)風(fēng)樣本返回地球以供研究,。2007年,,NASA的雙飛船“日地關(guān)系觀測(cè)臺(tái)”(STEREO)第一次傳回了太陽(yáng)的三維圖像。 至今為止最重要的太陽(yáng)觀測(cè)任務(wù)之一,,是太陽(yáng)和日球觀測(cè)臺(tái)(SOHO)計(jì)劃,。它為研究太陽(yáng)風(fēng)、太陽(yáng)外層和內(nèi)部結(jié)構(gòu)而設(shè)計(jì),。它已經(jīng)為表面以下的太陽(yáng)黑子成像,,測(cè)定了太陽(yáng)風(fēng)的加速度,發(fā)現(xiàn)了日冕波和太陽(yáng)旋風(fēng),,發(fā)現(xiàn)了超過1000顆彗星,,并且使我們的空間氣象預(yù)測(cè)能力發(fā)生了革命性的進(jìn)步。最近,,目前為止最先進(jìn)的太陽(yáng)科研衛(wèi)星——NASA的太陽(yáng)動(dòng)力學(xué)觀測(cè)臺(tái)(SDO)已經(jīng)傳回了從太陽(yáng)黑子噴出的物質(zhì)的前所未見的細(xì)節(jié),,還有太陽(yáng)表面活動(dòng)的大特寫鏡頭,還在超紫外區(qū)中的較寬波段范圍內(nèi)對(duì)耀斑進(jìn)行了高分辨率測(cè)量,。 |
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