太阳基本物理参数
半径: 696295 千米.
质量: 1.989×1030 千克
温度: 5800 ℃ (表面)
1560万℃ (核心)
总辐射功率: 3.83×1026 焦耳/秒
平均密度: 1.409 克/立方厘米
日地平均距离: 1亿5千万 千米
年龄: 约50亿年
对于人类来说，光辉的太阳无疑是宇宙中最重要的天体。万物生长靠太阳，没有太阳，地球上就不可能有姿态万千的生命现象，当然也不会孕育出作为智能生物的人类。太阳给人们以光明和温暖，它带来了日夜和季节的轮回，左右着地球冷暖的变化，为地球生命提供了各种形式的能源。
在人类历史上，太阳一直是许多人顶礼膜拜的对象。中华民族的先民把自己的祖先炎帝尊为太阳神。而在古希腊神话中，太阳神则是宙斯(万神之王)的儿子。
太阳，这个既令人生畏又受人崇敬的星球，它究竟由什么物质所组成，它的内部结构又是怎样的呢？
其实，太阳只是一颗非常普通的恒星，在广袤浩瀚的繁星世界里，太阳的亮度、大小和物质密度都处于中等水平。只是因为它离地球最近，所以看上去是天空中最大最亮的天体。其它恒星离我们都非常遥远，即使是最近的恒星，也比太阳远27万倍，看上去只是一个闪烁的光点。
组成太阳的物质大多是些普通的气体，其中氢约占71％, 氦约占27％, 其它元素占2％。太阳从中心向外可分为核反应区、辐射区和对流区、太阳大气。太阳的大气层，像地球的大气层一样，可按不同的高度和不同的性质分成各个圈层，即光球、色球和日冕三层。我们平常看到的太阳表面，是太阳大气的最底层，温度约是6000摄氏度。它是不透明的，因此我们不能直接看见太阳内部的结构。但是，天文学家根据物理理论和对太阳表面各种现象的研究，建立了太阳内部结构和物理状态的模型。这一模型也已经被对于其他恒星的研究所证实，至少在大的方面，是可信的。
太阳的核心区域虽然很小，半径只是太阳半径的1/4，但却是太阳那巨大能量的真正源头。太阳核心的温度极高，达1500万℃，压力也极大，使得由氢聚变为氦的热核反应得以发生，从而释放出极大的能量。这些能量再通过辐射层和对流层中物质的传递，才得以传送到达太阳光球的底部，并通过光球向外辐射出去。
太阳的组成
篇名
太阳的组成
作者
溪湖高中1年4班 张嘉玲
溪湖高中1年4班 沈欣怡
溪湖高中1年4班 杨淑惠
1/6
太阳的组成
壹 前言
太阳为最接近人类的恒星,当天文学家想测试由多门学科汇集而成的恒星结构与恒
星演化理论时,太阳很自然地便成理论的试金石.现行的恒星理论对太阳的能源,结
构,成份变化,总光度(发光能力)与表面温度等,己有相当程度的了解与说明,但对
太阳大气的湍流,风暴与各种爆发现象,如物质的喷射,爆发性的γ射线,X射线,紫
外线与无线辐射,尚未涉及.
这些太阳活动是相当的壮观的景象,而且大多在很短的时间内直接或间接的影响
地球的大气,气象,地磁等等,深切的影响了人类的生活,甚至导至文明的兴衰.
这些太阳活动所伴随的太阳能量输出变化,仅是正常输出量的万分之几,却为人
类深人了解太阳的性质提供了相当的线索,另天文学家己有相当的证据显示,其他
的恒星也有相似或甚至更为激烈的大气活动.
因此研究太阳不仅因为它与人类息息相关,更可以就近验证恒星理论,补强观测其
他遥远恒星所不足之处. (注一)
贰 正文
一.太阳的构造(注一)
1.外部构造:
(A)称呼-光球
(B)温度
a.米粒状组织-6000k
b.黑子-4000k
2.内部构造:
(A)核心:产生核熔合反应之处—太阳的能源.
a.太阳核心约占总质量50%,太阳半径的10%,但为太阳99%的能量来源.
太阳核心的压力为地球大气压力的2.5*1011倍,温度估计约为15,000,000度,是氢进
行质子–质
子热核熔合的反应区.核心物质的密度为150 g/cm3,远高於铁的密度7g/c
m3.一块方糖大小的核心物质在地表的重量可达150克重.
b.太阳的输出总功率(或称光度,发光能力或发光本领:Lsun)为3.826 * 1026
瓦,绝大部份是由核心核反应所供给.太阳的核心每秒约有六百三十万吨的氢,经
核熔合反
应转换成氦,这过程造成的质量损失是被转换质量的0.72% (或每秒四百
五十万吨).如假设只有太阳总质量的10%能参与核反应,太阳的寿命约为一百亿年.
太阳形
成於五十亿年前,所以大约可再维持五十亿年.
2/6
太阳的组成
(B)辐射层:能量以辐射的形式传出.
a.从核心向外到半径75%的区域称为辐射层,来自核心的γ射线与X射线光
子,不断与辐射层内的物质粒子相碰撞,被物质粒子吸收再辐射,最后主要以可
见光的形式传
达太阳表面,然后才辐射到四面八方.
b.在辐射区内,光子平均每走1公分就与物质粒子碰撞一次,由核心
以"光"的形式向外传递的能量,约需经过一百万年的挣扎与反覆的改头换面,才能
抵达太阳表面辐
射区到核心的密度增加很快,半径为太阳一半的球体内含有90%的太阳
物质.
(C) 对流层:靠近表面处,厚约15万公里,以对流形式将能量传出.
a.辐射区的外围温度下降的很快,物质的透明度大为减低,再加上太阳表
面的辐射损失,使得上下温差很大,形成了以湍流为主的强烈对流层.
b.对流层几乎完全不透明,辐射层传来的能量,在这一层以对流的方式由
高热气团带到表面,表面的较冷气团则下沉,颇似沸腾状态的一壶水.对流层厎部
的温度约为
一百万度.
c.在对流层里来自太阳内部的能量,有之部份转化为气流的动能,太阳光
球层,色层与日冕的各种活动与喷流皆与对流层有密不可分的关系.
二. 太阳的成分:(注二)
1.以质量来看:
a.氢-约75%
b.氦-约25%
2.以原子量来看:
a.氢-约92.1%
b.氦-约7.8%
c.其余成分-约0.1%
三.太阳的大气层:(注一)
1.光球层:
(A)
a.约500公里厚,温度约5800 K我们所看到的太阳表面即是光球层. 仔细的
观测可看到尺度大小约为1500公里的米粒组织(granulation),此一结构是由对流所
造成的.
另外可明显地看到太阳黑子(sunspots).
b.光球物质相当不透明,做太阳观测时,在太阳盘面中部视线与光球表面
垂直,通过很短的距离就看到温度较高的光球层底部,而在盘面边缘,视线几乎
与光球表面
平行,即使通过比较长的距离,也只能看到温度较低的光球上层,这种太
3/6
太阳的组成
阳盘面中央较亮而边缘较暗的现象称为临边昏暗(limb darkening).
(B)光球层光谱
地球所见的太阳光谱 主要来自光球层.光球层的底部是浓密的电浆态物
质,发射出与其表面温度相当的热辐射光谱,在可见光范围内的强度最大,谱型与
5800K的
黑体辐射极为相近.但在远紫外线区,X射线区,γ射线区及远红外线到无
线电波段的辐射强度却远高於5800K黑体辐射体,而且变化莫测.这些超额辐射主
要来自光
球层外的稀薄太阳大气的非热辐射式辐射.
经由精密的光谱仪分析太阳连续光谱上的吸收谱线,可辨认出太阳大气
中的主要化学组成,除氢以外尚有铁,镁,铝,钙,钛,铬,镍,钠…等五十七种元素.光
球
层的温度不足以激发氦原子,使含量仅次於氢的氦元素,在光球层光谱
中没有谱线.
2.色球层:
a.色球层没有明显的上边界,太阳的边缘气体密度很低,使得此部份的发光
强度,只有光球的万分之一.在日全蚀中,当月面恰好把光球全部遮挡时,才能看
到玫瑰色
的色球层 ,而这也是色球层名称之由来.
b.色球层的温度随高度的增加而上升,由光球层顶部的4200K升至数万K的
高温.根据升温的情况,大约可将色球层分成三部份:厚度约为400公里的厎层,温
度由4200K升
到5500K.然后在1200公里的中层,温度缓慢上升到8000K.在最后约400公
里厚的高层温度急剧升至数万度,且在不到5000公里的高度里,过渡到日冕的百万
度以上的
高温.
c.部份色球层的温度,高於激发氦原子光谱的二万度,故色球层光谱中,可
见到光球层光谱所无的氦原子光谱.
3.日冕:
a.厚约太阳半径的1.3倍,温度约100万K.
b.日全食中,当月面将色球遮掩后,可见到围绕太阳四周有一片淡白色的晕,
这就是日冕 .日冕物质非常稀薄,其密度约为地球表面大气的十亿分之一,比实验
室能达
到的高真空还要低,故只有在日全食时才能观测到.
c.日冕的温度非常高,可达二百万度以上,如此高的温度,可能是经由储存
在太阳磁场中的能量加热而成的,但确切的过程为何,乃待进一步的研究.
d.日冕的辐射包含许多来源,有日冕中自由电子对光球辐射的直接散射,还
有日冕的发射线.日冕发射线是物质在高温下,高度电离的离子所产生的,例如,
4/6
太阳的组成
其中有
失去13个电子的铁离子之谱线.这些发射线是日冕辐射中紫外线及X射线
的主要来源之一.此外电子子在磁场中运动产生的同步辐射和其他非热辐射,也是
日冕辐射
的主要来源.
4.太阳风:
a.高速的离子气体(氢离子或称质子, 电子,....)被吹离太阳者被统称为太阳风.
b.日冕的温度高达百万度以上,因此日冕物质粒子的热运动速度都非常快,
脱离日冕而远离太阳的高速离子即为太阳风.太阳风所造成的质量流失每年约有107
吨,但
与太阳的总质量相较,仍微不足道.
c.太阳风的传播速度约为450公里/秒,太阳探测船–尤里西斯号(Ulysses)最近
传回来的数据显示,由太阳极区流出来的太阳风之速度更可高达750公里/秒,而且
极区太阳
风的成份也略有不同.
d.太阳风中的高能粒子如直接吹袭地球表面,对地球的生命与生态环境具有
极毁灭性的影响.但地球有磁场与大气的遮蔽,大部份的高能粒子被阻隔在地球之
外,少部
份在地球的极区进入地球的粒子与空气分子相碰撞,使空气分子游离并发
出瑰丽的极光(northern lights = aurora borealis, southern lights = aurora australis),在这过
程中高能粒子
损失了大部份的能量,也降低了其伤害性.地球磁场在太阳风的吹袭之下,
形成了迎太阳风面被压缩而背太阳风面被拉拽的磁层结构(magnetosphere).
e.我国古代对极光的可靠记载有294次,最早见于西元前950年,《古今图书
集成.历象汇编.庶微典》:『周昭王末年,夜清,五色光贯紫微…』.记载中主要以
各种
颜色的"气"来描述极光,如"赤气","紫气"等.西汉以前的古人将极光视为
吉兆,常称之为"神光"或"神气".而西汉以后渐将极光视为 凶兆,认为极光是未来
战乱兵灾
或天灾人祸的警示.
四.太阳的表面活动:(注一)
(A)黑子(注二)
a.因看起来比其四周暗而得名
b.大型的黑子直径可达5万公里,甚至比地球还大,最大可达地球的2倍
c.常成群出现
d.周期约为11 年-长者可达13.3年,短的只有7.3年
e.成因-太阳赤道部分的转速(自转周期约25天), 较南北极部分的转速(自转
周期约35天)快, 由於旋转速度的差异性,造成磁力线的纠结. 太阳内部的扰流将
5/6
太阳的组成
此磁力线纠
结部分浮出太阳表面而形成所谓的太阳黑子.( Babcock理论)(注一)
(B)日珥:
a.月全蚀时可观测到
b.为巨大的扭曲磁场拖曳著游离的气体所造成的 变化情形可持续几小时到几
周或几个月.
(C)日闪:
a.太阳表面巨大的能量变化情形,在几分钟内达到最大,而在不到一小时内
消教掉.
b.可辐射出X-光,紫外线,可见光,高速的质子与电子.
c.一巨大的日闪约可放出1025 J=2*1015 吨TNT 炸药.
d.所辐射出的高速粒子是造成地球极光(Auroras)的主因.
e.日闪活跃时,会造成地球通讯的干扰(对客机的乘客造成辐射伤害).
(D)日冕活动:
a.与太阳黑子有相同的周期
b.日冕洞:南北极处磁场没有成回路,所有的粒子都由此处流出.
参 结论
这颗供应万物生存能量的星球-太阳,天文学的角度来看,太阳只是一颗并不十分
起眼的G2型主序星,与宇宙间繁如恒河之沙的其他恒星相比较,太阳的质量,发光
能力,表面温度与生命期太略全处於中间地带,而年龄也恰处於中年,可算是一颗
很典型的恒星.
而太阳大概已有50亿年的历史了,从初生起已耗尽大约一半的核心氢气,这表示它
大概还能再维持50亿年的稳定,最后核心氢气融合殆尽,进一步引发氦融合反应,
终将在急速膨胀成红巨星,吞噬地球甚至火星之后,演变成行星状星云与白矮星,
在太空中逐渐冷却,黯淡,成为黑矮星.
这个我们每天都可以见到的星球,我们不能没有,或许再将来某一天,当太阳消失
之际,也就是世界末日之时.
He H 是组成太阳的两种主要元素
