太陽(英文:Sun)是位于太陽系中心的恒星,它幾乎是熱等離子體與磁場交織著的一個理想球體,占太陽系總質量的99.86%,是距離地球最近的恒星,和其它星球一樣,有自己的壽命,從誕生到成長,再到衰老,再到最后的消逝,至今約45.67億年。總壽命大致為100億年。其圈層結構分為內部結構和大氣結構,由核心區、輻射區、對流區、光球層、色球層和日冕層等組成,關于它的起源,具有星云說、俘獲說、災變說等迷之說法,經歷幼年、青年、中年、老年等生命歷程,其強大的引力使包含地球在內的八大行星、一些矮行星、彗星和其他無數太陽系小天體都在其周圍運轉,出現日全食、日偏食、日環食、日珥等活動現象,是一個很大的發光等離子體,由氫氣轉變成氦氣,從而產生巨大的能量,所產生的能量以輻射方式向宇宙空間發射,其中二十二億分之一的能量輻射到達地球,成為地球上能源(光和熱)的主要來源。
基本參數
圈層結構
內部結構
核心區
在25%的半徑范圍(也就是0.25?R)里,它是太陽系的中心,聚集了超過太陽質量的半數。太陽核心處溫度高達1500萬度,壓力相當于3000億個大氣壓,隨時都在進行著四個氫核聚變成一個氦核的熱核反應,每秒鐘有質量為6億噸的氫轉化為5.96億噸的氦,并釋放出相當于400萬噸氫的能量。核聚變反應,表面溫度達6000度,并且具有158g/cm3的密度。在自身的引力作用下,物質向核心集聚,在核心形成高溫和超高壓狀態,導致了內部的氫聚變為氦的熱核反應,約占太陽體積的1/64,太陽核心的溫度高達1.5×107~2×107K,在這個區域正進行著激烈的熱核反應,將氫聚變為氦從而釋放出巨大的能量。
輻射區
該區是在核心區之外,半徑為0.25R到0.86R的范圍內,體積大約占太陽的一半大小,且包含各種電磁輻射和粒子流。核心區產生的能量通過該區向外輻射和傳輸。溫度下降到13萬攝氏度左右,密度下降到79g/cm3左右。
對流區
輻射區域外部就是對流區(對流層),屬于半徑為0.8R至1.0 R的范圍內,其溫度降低到500萬攝氏度左右,密度降至10g/cm3左右。該層中的太陽等離子體已不夠稠密或不夠熱,無法通過傳導作用有效傳遞內部熱量,也不夠透明;受此及內部和外部溫差的共同影響,熱柱會攜帶熱物質前往太陽表面(光球),在對流層中形成了對流,將其內部的熱量用對流的方式通過該區傳遞到太陽的表面。太陽大氣在對流區也會產生低頻率的聲波干擾,這些聲波會把機械能傳送至太陽大氣層以外,起到加熱等作用。
大氣結構
光球層
在太陽大氣層的最內側,就是光球層。由位于對流區上方的太陽大氣層組成,也被稱作“太陽光球”。光球層的厚度約500千米,溫度約為5500攝氏度,是一層不透明且相對較薄的氣體層。地球接收的太陽能量主要來源于此層,該層為人類可見的太陽表面,具有清晰的邊界。
色球層
色球層的物質比光球層的物質稀薄和透明得多,它發出的可見光總量不及光球層的1%,因此人們平常看不到它,每當發生日全食時,人類用肉眼都能看見的一圈玫瑰紅色的太陽光暈,這就是罕見的色球層。該層在光球層外面,厚度約2000公里,太陽的溫度從核心向外直到光球層都是逐漸下降的,進入該層后卻反常上升,其溫度從4600℃左右逐步上升至約20000K,但密度加速下降。
日冕層
太陽大氣層的最外層是日冕,它由極其稀薄的高溫等離子體組成,亮度比色球層還要黯淡,在白光中的總亮度比太陽圓面亮度的百分之一還低,約相當于滿月的亮度,平時也看不見,必須用特殊儀器(稱為日冕儀)或者在日全食時才能看得見,厚度達數百萬公里,溫度高達百萬度。它是一種非常稀薄的氣體殼,輻射范圍可以達到太陽的數倍。日冕可分為三個層次:內冕、中冕和外冕。在日冕層中,一些巨大的、不規則的黑暗區域被稱為冕洞,這類區域分布在日冕物質密度較低的空間,而且溫度極高,可達到數百萬度。
起源之迷
星云說
德國哲學家伊曼努爾·康德是“星云說”的創始人,這個問題在數十年后由法國數學家皮埃爾-西蒙·拉普拉斯單獨提出。他們相信:太陽系的所有物質都來自于同樣的原始星云,它的中央是太陽,外層則是行星,該概念稱作“康德一拉普拉斯假設”,美國天文學家卡末隆提出,太陽系的原始星云是由巨型星際云拋出的微小云團,最初在自轉,由于自身的引力作用而使中央區域縮小,從而形成太陽。
俘獲說
蘇聯的科學家施密特首先提出了這個假設,他相信,在某一時刻,太陽通過一個氣態塵埃星云時,將其占有,形成一個環繞著太陽旋轉的星云盤,逐漸形成各個行星及衛星。之后,由于太陽的引力,這種物質開始加速移動,從小到大,就象滾雪球,慢慢地變成了行星。在這種理論中,太陽比行星更早地形成,但是,行星物質不是由太陽產生的,而是由太陽捕獲的。
災變說
災變說是法國學者布豐最先提出的,他相信,首先形成的是太陽,在一次偶然的情況下,有一顆恒星(或者是行星)從太陽旁邊經過(或者撞擊到太陽),將太陽的一部分物質吸走(或者撞擊出去),這些物質的隨后就形成了行星。利特爾頓把太陽看成是一對恒星,是由第三個恒星的引力分裂而成的。
大概持續10億年左右,如果熱核反應堆的燃燒達到了太陽半徑的一半,那么它就很難承受住太陽本身強大的引力,從而導致核心塌。在坍塌期間,釋放的大量能量使太陽表面產生巨大的膨脹,此時的太陽體積非常大,密度非常小,表面亮度非常強,形成了一個紅巨星。太陽的直徑可能會擴大250倍,甚至會把地球也給吞噬掉。
生命歷程
幼年時期
星云受到自身的引力作用不斷收縮,密度變得越來越大,溫度也越來越高,幾千萬年之后形成了原始太陽。
青年時期
太陽位于非常穩定的主星序節,按照觀測得到的氫和氮的豐度估計,太陽還可以生存50億年之久。今天的太陽正處在它的鼎盛時期。
中年時期
大概持續10億年左右,如果熱核反應的燃燒達到了太陽半徑的一半,那么它就很難承受住太陽本身強大的引力,從而導致核心坍塌。在坍塌期間,釋放的大量能量使太陽表面產生巨大的膨脹,此時的太陽體積非常大,密度非常小,表面亮度非常強,形成了一個紅巨星,直徑可能會擴大250倍,甚至會把地球也給吞噬掉。
老年時期
此階段的太陽轉變為一顆脈動變星,內部核能也終于消耗始盡,崩塌已是定局,被壓縮成一高密度的核心,逐漸冷卻,伴星便是它最終的形態,從此長眠宇宙。
運動周期
自轉周期
太陽與地球相似,也繞其中心的軸自西向東轉動。我們將轉軸和表面相交的兩點稱為太陽的“極點”,將兩極中間環繞太陽的一圈稱為“赤道”,太陽赤道的自轉周期是25.4天,由于太陽是一個氣態球體,所以它的表面不同緯度的地方,旋轉速度就不一樣。隨著緯度的增高,旋轉速度也逐漸減慢,在緯度40處自轉一周需要27.2天。到了兩極地區,自轉一周則需要35天左右,太陽各處自轉周期的不同,是因為太陽不是固體球的緣故,這種自轉方式被稱為“較差自轉”。
公轉周期
太陽是太陽系的恒星,不僅在自轉,而且還帶領著整個太陽系,目前正在穿越銀河系內部邊緣獵戶臂的本地泡區中的本星際云,以每秒鐘250公里的速度,繞著銀河系的中心飛轉,這種運動就是太陽公轉運動,。太陽的公轉速度是地球公轉速度的8倍,公轉一周大約需要2.5億年,太陽在圍繞銀河系中心公轉的同時,存在兩種運動:一是以約每秒20公里的速度向武仙座方向運動;二是相對于周圍恒星,以約每秒19.7公里的速度向織女星附近方向運動。
太陽活動
日食是當月球運動到太陽與地球之間,如果太陽、月球和地球三者正好位于或接近同一條直線時,月影就一直延伸到地球表面,被月影掃過的地帶和區域,便形成日食現象。日食主要與日、地、月三者的距離和近似成一線的程度有關。
日全食
日全食是當月亮轉到太陽和地球的中間,太陽、月亮、地球完全排成一條直線時,月亮后面拖著一條長長的黑影把整個太陽圓面完全遮住的現象。
日偏食
當太陽、月亮、地球只有一部分在一條直線上時,月亮后面拖的半影遮住了地球的某一部分,在月亮半影里的人看太陽時,就會發現太陽被遮住一部分,叫做日偏食。
日環食
當太陽、月亮和地球排成一條直線,但月亮距離地球比較遠的時候,月亮的黑影達不到地球,僅太陽圓面中間被月球遮住,而外緣仍顯露的現象。
日珥
日珥是發生在太陽色球層的一種活動現象,在日全食的過程中,可以看見紅色的色球層踫出一道道沖天而起的火柱,那就是日珥。日珥分為三種類型:寧靜型、活動型和爆發型。
耀斑
太陽耀斑是一種太陽表面劇烈的運動現象,劇烈的磁場能量可以撕開太陽色球層,把電粒子拋入宇宙中,這種爆發一般會持續但不超過20分鐘,這就是所謂的太陽耀斑,它所釋放出的能量,就像是億萬顆一億噸的核彈同一時間引爆,且都是在沒有任何預兆的情況下爆發的。通常情況下,它的持續時間很短,但會在一瞬間爆發出大量的能量,形成一種輻射和粒子流;其中的大量高能粒子若到達地球軌道附近,將會嚴重危及宇宙飛行器內宇航員與儀器的安全。
太陽黑子
用天文望遠鏡觀察時,太陽的表面有一部分類似于黑色的斑點,即“太陽黑子”。黑子會跟隨太陽自轉運動,通過太陽黑子,可以輕松地測定出太陽的自轉周期,它的尺寸各不相同,是一種在光球層發生的太陽活動,也是最基本的和最明顯的一種現象,成熟的黑子一般包括本影和半影。
米粒組織
在太陽表層上覆蓋著一層像米粒狀的密集的顆粒,該顆粒叫做“米粒組織”,它是一種在光球層發生的太陽活動,米粒組織的溫度比米粒間區域約高300℃,因此顯得較為明亮顯眼,亮度也會高出10%到20%,持續時間為55-10分鐘。
對地球影響
太陽輻射影響
太陽以電磁波的形式向宇宙空間放射的能量,到達地球的太陽輻射,約占太陽輻射總量的二十二億分之一。波長范圍在0.15~4微米,分為可見光、紅外光和紫外光三部分。太陽輻射的能量主要集中在波長較短的可見光部分。
影響自然環境
太陽輻射經植物的生物化學作用,可以轉化成有機物中的生物化學能,滿足動植物生長的需要,也是地球大氣運動、水循環的主要能源。
影響人類生產
地質時期儲存的太陽能(如煤炭)是人類利用的主要礦物能源,太陽輻射本身及大氣運動、水循環等,為人類提供水能和風能。
太陽活動影響
地磁效應
地球上的磁場,在方位和尺寸上一直處于波動狀態,一是由于地球核心中的電流體系慢慢發生而導致的長期變化;二是由外部環境對地球磁場的影響引起的瞬時變化。太陽風在進入地球后,由于受到地球磁場的影響,會向兩極偏移,并與上層大氣層發生碰撞,引起大氣層的電離,從而形成極光。這些高能量的帶電顆粒可能會對地球的磁場造成影響,使得磁針偏離了正確的指向,從而形成“磁暴”,同時還會產生電離層騷擾。
電離層效應
在距離地表約60公里至數千公里的大氣層外圍,有一種可以對無線電進行反射的電離介質,該層稱為電離層。電離層的形成是由太陽的遠紫外光和X射線,將大氣中的中性氣體分子和原子電離形成電子,正離子和陰離子。太陽耀斑爆發時,產生的強射電輻射可攪動地球大氣層,造成“磁暴”、對短波通訊、電子設備、在外飛行的航天器的安全等造成影響。
密度和溫度
在500-800公里的高空,太陽遠紫外線、太陽風等因素會對大氣的密度產生顯著的影響,而在中高緯度,某些樹木的樹輪密度也會發生改變,進而會對其生命周期產生很大的影響。通過對周邊大氣層溫度數據的研究,氣溫的短時間波動比長時間尺度上的波動要小,在日地關系中具有恒定的特點。溫度的改變是由于太陽遠紫外線(低于1000?A)引起的,它對120?km以上的大氣發生了電離和加熱,而熱的損失則是由于對較低層的導電作用導致的。
氣候影響
氣候黑子活動高峰年,氣候反常的幾率增多;黑子活動低峰年,氣候相對平衡。自然災害(如水早災害)與太陽活動有關。
化學結構
太陽中的大部分物質都是由普通的氣體構成,其中氫約占71.3%,氦約占25%,其他元素占2%,而太陽本身的氫氣和氦氣則是通過核聚變而產生的巨大能量,并以輻射的方式傳送到了地球上,每年向地球提供的能源大約是100億億千瓦時。太陽能是太陽的熱輻射能,它的主要形式為“太陽光線”,通常稱為“太陽能”。太陽能是一種非常有用的能量,它在人們的生活中占有很大的比重,是一種持續發展的能源。太陽能的應用主要有兩種,一種是光熱能,另一種是光電能,也包括地球上使用的風能、化學能、水能等。太陽可以持續燃燒并釋放能量,它可以提供3.86x1026瓦特的電能,并且在每秒內將7x1011kg的氫聚合轉化為6.95x1011kg的氦。阿爾伯特·愛因斯坦在《狹義相對論》中提出,原子的質量與能量是可以相互轉換的。科學家經過計算發現1g的氫氣會變成一個氦核,所產生的熱量與2700噸的標準煤炭的熱量不相上下。太陽無時無刻不在把光和熱量輸送到地球,正是由于太陽光,植物的葉綠素含量高,葉綠素可以通過吸收光的能量,來合成各種有機物質,地球上的植物才能進行光合作用。據統計,全世界的綠色植物一天可以生產大約四億噸蛋白質、糖類和脂肪,同時還能釋放五億噸的氧氣,為人類和動物提供足夠的食物和氧氣。
相關延伸
太陽壽命
2018年,國外的科學家對太陽金屬豐度的研究表明,可能將太陽壽命高估了10億年,太陽有可能比預計的提前10億年走向死亡,太陽的金屬豐度在1.8%左右,最新的太陽光譜測量表明,太陽的金屬豐度僅有1.3%,遠低于之前的測量結果。
參考資料 >
走進太陽系——太陽.微信公眾號.2025-03-07
【宇宙奧秘】金輪(二).微信公眾號.2025-03-07
【活力課程?家長講堂】?探索宇宙奧秘 開啟星際之旅——山西省實驗小學新道街校區三年二班家長講堂.微信公眾平臺.2025-03-07
太陽要少活10億年?這影響的可不只你我.今日頭條.2025-08-12