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太陽是目前被天文學(xué)家研究得最細致,最深入的一顆恒星 。我們平時看到的太陽似乎十分平靜,其實太陽上的劇烈活動遠遠超過我們的想象 。太陽是由核心、輻射區(qū)、對流層、光球?qū)?、色球?qū)印⑷彰釋訕?gòu)成 。今天就帶大家去認識一下太陽吧!
1.太陽的內(nèi)部
核反應(yīng)區(qū)從中心到0.25R⊙(R⊙:太陽半徑)是太陽發(fā)射巨大能量的真正源頭,也稱為核反應(yīng)區(qū) 。在這里,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(yīng) 。根據(jù)原子核物理學(xué)和愛因斯坦的質(zhì)能轉(zhuǎn)換關(guān)系式E=mc2,每秒鐘有質(zhì)量為6億噸的氫經(jīng)過熱核聚變反應(yīng)為5.96億噸的氦,并釋放出相當于400萬噸氫的能量,正是這巨大的能源帶給了我們光和熱,但這損失的質(zhì)量與太陽的總質(zhì)量相比,卻是不值一提的 。根據(jù)目前對太陽內(nèi)部氫含量的估計,太陽至少還有50億年的正常壽命 。
輻射區(qū)0.25R⊙~0.86R⊙是太陽輻射區(qū),它包含了各種電磁輻射和粒子流 。輻射從內(nèi)部向外部傳遞過程是多次被物質(zhì)吸收而又再次發(fā)射的過程 。從核反應(yīng)區(qū)到太陽表面的行程中,能量依次以X射線、遠紫外線、紫外線,最后是可見光的形式向外輻射 。太陽是一個取之難盡,用之不竭的能量源泉 。
對流層對流層是輻射區(qū)的外側(cè)區(qū)域,其厚度約有十幾萬千米,由于這里的溫度、壓力和密度梯度都很大,太陽氣體呈對流的不穩(wěn)定狀態(tài) 。使物質(zhì)的徑向?qū)α鬟\動強烈,熱的物質(zhì)向外運動,冷的物質(zhì)沉入內(nèi)部,太陽內(nèi)部能量就是靠物質(zhì)的這種對流,由內(nèi)部向外部傳輸 。
取一定數(shù)量的食用油,并放在鍋里加熱后,在沸騰的油上放一些細鉛粉,仔細觀察是否會在一定的溫度下產(chǎn)生類似于太陽米粒組織的對流花樣 。想一想其中的科學(xué)道理 。
2.太陽的大氣
光球?qū)訉α鲗由厦娴奶柎髿?,就是我們平時所見的太陽圓盤,稱為太陽光球 。光球是一層不透明的氣體薄層,厚度約500千米 。它確定了太陽非常清晰的邊界,幾乎所有的可見光都是從這一層發(fā)射出來的 。
光球?qū)由献铒@著的現(xiàn)象就是太陽黑子,所謂太陽黑子,其實只是太陽光球?qū)由系臏囟认鄬^低的區(qū)域,其溫度約為4500K,而光球其余部分的溫度約為5800K 。這些溫度較低的區(qū)域在明亮的光球反襯下,就顯得很黑 。
除此之外,太陽光球?qū)由线€有以下一些現(xiàn)象:
(1)光斑,即在日面邊緣背景亮度較小的部分可以看到一些比周圍亮的斑點;
(2)臨邊昏暗,即日面亮度向邊緣逐漸減小的現(xiàn)象;
(3)米粒組織,即在比較好的大氣寧靜條件下,通過高分辨率的太陽望遠鏡仔細觀測,可以看到光球表面的亮度并不均勻,存在著均勻分布的米粒狀的結(jié)構(gòu),稱為米粒組織 。這其實是對流層里對流現(xiàn)象在光球表面的一種表現(xiàn)形式,它和太陽活動區(qū)關(guān)系密切 。
[小知識]太陽光譜
使用光譜儀來觀測太陽,可以看到太陽光展現(xiàn)成了一條彩色的光譜帶,上面還疊加了許多暗線,這些暗線被稱為“夫瑯和費譜線” 。研究表明,這些譜線其實是由各種化學(xué)元素造成的 。通過對這些譜線的分析,得知太陽光球中存在著90多種化學(xué)元素 。太陽光譜不僅可以研究太陽大氣的化學(xué)成分,還可以研究太陽的自轉(zhuǎn)速度、太陽的磁場、太陽活動機制等,為我們提供許多重要的天體物理信息 。
色球?qū)由蛭挥诠馇蛑?。厚度約2000千米 。太陽的溫度分布從核心向外直到光球?qū)樱际侵饾u下降的,但到了色球?qū)樱瑓s又反常上升,到色球頂部時已達幾萬度 。由于色球?qū)影l(fā)出的可見光總量不及光球的1%,因此人們平常看不到它 。只有在發(fā)生日全食時,即食既之前幾秒種或者生光以后幾秒鐘,當光球所發(fā)射的明亮光線被月影完全遮掩的短暫時間內(nèi),在日面邊緣呈現(xiàn)出狹窄的玫瑰紅色的發(fā)光圈層,這就是色球?qū)?。平時,科學(xué)家們要通過單色光(波長為6563埃)色球望遠鏡才能觀測到太陽色球?qū)?。
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