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太阳
 

太阳 (Sun) 是太阳系的中心天体,占有太阳系总体质量的99.86%。太阳系中的八大行星、小行星、流星彗星外海王星天体以及星际尘埃等,都围绕着太阳公转,而太阳则围绕着银河系的中心公转。

太阳是位于太阳系中心的恒星,它几乎是热等离子体与磁场交织着的一个理想球体。太阳直径大约是1392000(1.392×10⁶)千米,相当于地球直径的109倍;体积大约是地球的130万倍;其质量大约是2×10³⁰千克(地球的330000倍)。从化学组成来看,现在太阳质量的大约四分之三是,剩下的几乎都是氦,包括和其他的重元素质量少于2%,采用核聚变的方式向太空释放光和热。

太阳目前正在穿越银河系内部边缘猎户臂的本地泡区中的本星际云。在距离地球17光年的距离内有50颗最邻近的恒星系(与太阳距离最近的恒星是称作比邻星的红矮星,大约4.2光年)。

太阳是一颗黄矮星(光谱为G2V),黄矮星的寿命大致为100亿年,目前太阳大约45.7亿岁。 在大约50至60亿年之后,太阳内部的氢元素几乎会全部消耗尽,太阳的核心将发生坍缩,导致温度上升,这一过程将一直持续到太阳开始把氦元素聚变成元素。虽然氦聚变产生的能量比氢聚变产生的能量少,但温度也更高,因此太阳的外层将膨胀,并且把一部分外层大气释放到太空中。当转向新元素的过程结束时,太阳的质量将稍微下降,外层将延伸到地球或者火星目前运行的轨道处(这时由于太阳质量的下降,这两颗行星将会离太阳更远)。

基本信息

中文名 太阳 半   径 6.955×10⁵ km
外文名 Sun 公转周期 (2.25-2.50)×10⁸ a
别   称 白驹 金虎 赤乌 阳乌 金乌 金轮 火轮 分   类 恒星
质   量 1.9891×10³⁰ kg 平均密度 1.408×10³ kg/㎥
直   径 1.392×10⁶ km 表面温度 5770K
逃逸速度 617.7 km/s 视星等 (V)-26.74
绝对星等 4.83 自转周期 25.05天
赤   经 286.13° 赤   纬 +63.87°
距地距离 1.496×10⁸ km

起源之谜

灾变学说

法国的布封最先提出了灾变学说,20世纪50年代后又有人相继提出。这种学说认为太阳物质和行星物质来源于同一个共同体,太阳和行星的关系如同母亲和子女一样,两者有“血缘”关系,而太阳系起源于一次偶然的撞击。例如在靳斯和杰夫瑞斯的灾变假说里,他们曾设想有另一个巨大的恒星从太阳旁边掠过,或甚至发生边缘碰撞,于是从太阳体中引出了一条带状物质,两个星球的相对运动给了这一带状物质以一定的角动量。在巨大的恒星掠过后,这条带分裂成若干块,以后就各自成了行星。但是这种观点不能广泛为人所接受。因为从撞击的角度说,如果一个小的天体去撞击太阳,不可能把太阳上的物质撞出来;而恒星与太阳相撞的可能性就更小了。太阳系起源之谜[1]

康德星云假说

曾经轰动一时较为著名的太阳系起源假说是德国哲学家康德提出的星云假说。星云假说的主要观点是:宇宙空间存在着许多巨大的星际云,大约在46亿年前,在银河系的盘状的体系中,离开中心大约25亿亿千米的地方,存在着一个大小约等于现在太阳直径500万倍的云团。这个云团的成分主要是分子,同时含有少量的氦分子和由其他元素构成的尘埃。这个云团因为来自内部物质的引力作用,开始迅速收缩,就如一幢高楼大厦在顷刻之间坍塌。在大约40多万年之后,在云团中心形成了一个高温、高压、高密度的气体球,并在其核心触发了由四个氢原子核聚变成一个氦原子核的反应,释放出大量的热和光。它就是太阳。

拉普拉斯星云假说

法国天文学家拉普拉斯又提出了一个新的太阳系起源星云假说,他认为:太阳系原是一团旋转的星云,因冷却而收缩,于是越转越快,在旋转快到一定程度时,星云外缘的离心力超过了吸引力的控制,便分离出了一个圆环;此后星云继续收缩,又可分离出另一个圆环。如此继续下去,于是前后七次共分离出了七个圆环,后来这些圆环便各自收缩冷却聚成了行星卫星系的形成也经过了类似的过程。这样,太阳系的轨道规律性得到了很自然的解释。

拉氏还举出土星环作为这种设想的实例,然而土星环是稳定的,始终不曾凝聚成星球体。正是由于这个原因,才使人们对这个假说最早发生了怀疑。因为即使太阳能抛出圆环,这些圆环也未必能聚成行星。而且太阳转动速度也根本不足以使物质从它的赤道面上分离出去。因此,拉氏的设想若能实现,太阳的转动速度将要快得多。[2]

俘获说

太阳系起源之谜还有一种俘获说。这种观点首先认为太阳是最早形成的星体,太阳在星际空间运动中与其他的一些星际物质发生碰撞,这些星际物质后被太阳的引力所捕获,在太阳引力的作用下这些物质开始做加速运动,最后形成了行星

总之,各种学说都有自身的理论和不足,关于太阳系的起源一直没有定论。科学家相信,太阳的外层依然保存太阳系星云的最初遗迹,并会不断燃烧,以太阳风粒子的形式抛射出来,向人类披露太阳系星云的最初元素组成情况,使得人类得以解开太阳系星云是如何坍塌并最终形成的太阳系。[3]

质量体积

太阳是一个巨大而炽热的气体星球。知道了日地距离,再从地球上测得太阳圆面的视角直径,从简单的三角关系就可以求出太阳的半径为69.6万千米,是地球半径的109倍。由此可以算出太阳的体积为地球的130万倍。

天文学家根据开普勒行星运动的第三定律,利用地球的质量和它环绕太阳运转的轨道半径及周期,还可以推算出太阳的质量为1.989×10³⁰千克,这个质量是地球的33万倍。并且集中了太阳系99.86%的质量。但是,即使这样一个庞然大物,在茫茫宇宙之中,却也不过只是一颗质量中等的普通恒星而已。

由太阳的体积和质量,可以计算出太阳平均密度为1.409克/厘米³,约为地球平均密度的0.26倍。太阳表面的重力加速度等于2.739810厘米/秒3,约为地球表面重力加速度的28倍,如果一个人站在太阳表面,那么他的体重将会是在地球上的20倍 [4]。太阳表面的逃逸速度约617.7公里/秒,任何一个中性粒子的速度必须大于这个值,才能脱离太阳的吸引力而跑到宇宙空间中去。

所处位置

太阳只是宇宙中一颗十分普通的恒星,但它却是太阳系的中心天体。太阳系中,包含我们的地球在内的八大行星、一些矮行星、彗星和其它无数的太阳系小天体,都在太阳的强大引力作用下环绕太阳运行。太阳系的疆域庞大,仅以冥王星为例,其运行轨道距离太阳就将近40个天文单位,也就是60亿千米之遥远,而实际上太阳系的范围还要数十倍于此。

但是这样一个庞大的太阳系家族,在银河系中却仅仅只是十分普通的沧海一粟。银河系拥有至少1000亿颗以上的恒星,直径约10万光年。太阳位于银道面之北的猎户座旋臂上,距离银河系中心约30000光年,在银道面以北约26光年,它一方面绕着银心以每秒250公里的速度旋转,周期大概是2.5亿年,另一方面又相对于周围恒星以每秒19.7公里的速度朝着织女星附近方向运动。 [3] 太阳也在自转,其周期在日面赤道带约25天;两极区约为35天。

太阳正在穿越银河系内部边缘猎户臂的本地泡区中的本星际云。在距离地球17光年的距离内有50颗最邻近的恒星系(距离最近的一颗恒星是红矮星,被称为比邻星,距太阳大约4.2光年),太阳的质量在这些恒星中排在第四。太阳在距离银河中心24000至26000光年的距离上绕着银河公转,从银河北极鸟瞰,太阳沿顺时针轨道运行,大约2亿2500万至2亿5000万年绕行一周。由于银河系在宇宙微波背景辐射(CMB)中以550公里/秒的速度朝向长蛇座的方向运动,这两个速度合成之后,太阳相对于CMB的速度是370公里/秒,朝向巨爵座或狮子座的方向运动。

在南门二(比邻星所在的三合星系统)的位置观看我们的太阳时,太阳则会成为仙后座中一颗视星等为0.5等的恒星。大体来说,仙后座的外形将会从\/\/变成/\/\/,太阳将会位在仙后座ε星的尾端。

旋转

公转

太阳绕银河系中心公转,绕银河系中心公转周期约2.5×10⁸年。银河系中心可能有巨大黑洞,但它周围布满了恒星,所以看上去象“银盘”。这些恒星都绕“银核”公转。与地球公转不同,这些恒星公转每绕一周离“银核”会更近。

自转

太阳和其它天体一样,也在围绕自己的轴心自西向东自转,但观测和研究表明,太阳表面不同的纬度处,自转速度不一样。在赤道处,太阳自转一周需要25.4天,而在纬度40处需要27.2天,到了两极地区,自转一周则需要35天左右。这种自转方式被称为“较差自转”。

基本结构

根据太阳活动的相对强弱,太阳可分为宁静太阳和活动太阳两大类。宁静太阳是一个理论上假定宁静的球对称热气体球,其性质只随半径而变,而且在任一球层中都是均匀的,其目的在于研究太阳的总体结构和一般性质。在这种假定下,按照由里往外的顺序,太阳是由核心、辐射区、对流层、光球层、色球层日冕层构成。光球层之下称为太阳内部;光球层之上称为太阳大气。

太阳的内部: 核反应区 、辐射区、对流层。

太阳的大气:光球层、色球层、日冕。[5]

参数

能量来源

作为一颗恒星,太阳,其总体外观性质是,光度为383亿亿亿瓦,绝对星等为4.8。是一颗黄色G2型矮星,有效温度等于开氏5800度。太阳与在轨道上绕它公转的地球的平均距离为149597870km(499.005光秒或1天文单位)。按质量计,它的物质构成是71%的氢、26%的氦和少量较重元素。它们都是通过核聚变来释放能量的,根据理论太阳最后核聚变反应产生的物质是等金属。

太阳博览的区域虽然很大,但是在旋臂上的小旋涡离心吸引力的影响下,太阳的中心离心吸引力不能尽把所有的物质都吸引过去,而是选择密度大的物质吸引到它的旋涡离心中心。随着时间的增长,太阳中心各种各样密度大的物质越来起多,这些物质在中心互相碰撞磨擦,发出了强大的能量,温度可达到一万五千摄氏度。当磨擦运动平息后,它的温度下降到一定程度时,太阳已经凝缩形成了一个巨大的恒星

太阳形成之后随着产生强大的磁场。因为它是由高密度的物质所组成,密度可超过铂的几千倍。所以它产生的吸引力更加强大。这时太阳不可一世,雄威凌人。它成为太阳系中的“首领”。[6]

观测数据

日地平均的距离(1天为单位):1.49597870×10¹¹米(1亿5千万公里)

日地最远的距离:1.5210×10¹¹米

日地最近的距离:1.4710×10¹¹米

远日点与近日点距离相差500万千米

视星等:-26.74等

绝对星等:4.83等

热星等:-26.82等

绝对热星等:4.75等 [7]

物理参数

日地平均距离 149,598,000千米 半径 696,000千米
质量 1.989×10³³克 平均密度 1.409克/立方厘米
有效温度 5,770K 自转会合周期 26.9日(赤道);31.1日(极区)
光谱型 G2V 目视星等 -26.74等
目视绝对星等 4.83等 表面重力加速度 27,400厘米/平方秒
表面逃逸速度 617.7千米/秒 中心温度 约15,000,000K
中心密度 约160克/立方厘米 年龄 50亿年
表面面积 大约6.09×10¹²平方千米 体积 大约1.412×10¹⁸立方千米
日冕层温度 5×200K 发光度(LS) 大约3.827×10²⁶Js⁻¹
太阳寿命 约100亿年 天文符号
太阳活动周期 11.04年   总辐射功率 3.86×10²⁶瓦特 [8]

光球成分(质量)

名称 所占百分比
73.46% 24.85% 0.77%
0.29% 0.16% 0.12%
0.09% 0.07% 0.05%
0.04%

太阳辐射的峰值波长(500纳米)介于光谱中蓝光和绿光的过渡区域。恒星的温度与其辐射中占主要地位的波长有密切关系。就太阳来说,仗其表面的温度大约在5800K。然而,由于人的眼睛对峰值波长周围的其它颜色更敏感,所以太阳看起来呈现出黄色或是红色。 [9]

太阳的未来

太阳上排绝大多数的正逐渐燃烧转变为,可以说太阳正处于最稳定的主序星阶段。

对太阳这样质量的恒星而言,主序星阶段约可持续110亿年。恒星由于放出光而慢慢地在收缩,而在收缩过程中,中心部分的密度就会增加,压力也会升高,使得氢会燃烧得更厉害,这样一来温度就会升高,太阳的亮度也会逐渐增强。太阳自从45亿年前进入主序星阶段到如今,太阳光的亮度增强了30%,预计今后还会继续增强,使地球温度不断升高。

65亿年后,当太阳的主序星阶段结束时,预计太阳光的亮度将是如今的2.2倍,而地球的平均温度要比如今高60℃左右。届时就算地球上仍有海水,恐怕也快被蒸发光了。若仅从平均温度来看,火星反而会是最适宜人类居住的星球。在主序星阶段,因恒星自身引力而造成收缩的这股向内的力和因燃烧而引起的向外的力会互相牵制而达到平衡。但在65亿年后,太阳中心部分的氢会燃尽,最后只剩下其周围的球壳状部分有氢燃烧。在球壳内不再燃烧的区域,由于抵消引力的向外的力减弱而开始急速收缩,此时太阳会越来越亮,球壳外侧部分因受到影响而导致温度升高并开始膨胀,这便是另一个阶段--红巨星阶段的开始。红巨星阶段会持续数亿年,其间太阳的亮度会达到如今的2000倍,木星和土星周围的温度也会升高,木星的冰卫星以及作为土星特征的环都会被蒸发得无影无踪,最后,太阳的外层部分甚至会膨胀到如今的地球轨道附近。

另一方面,从外层部分会不断放出气体,最终太阳的质量会减至主序星阶段的60%。因太阳引力减弱之故,行星开始远离太阳。当太阳质量减至原来的60%时,行星和太阳的距离要比现在扩大70%。这样一来,虽然水星和金星被吞没的可能性极大,但地球在太阳外层部分到达之前应该会拉大距离而存活下来,火星和木星型行星(木星土星天王星海王星)也会存活下来。

像太阳这般质量的星球,在其密度已变得非常高的中心部分只会收缩到一定程度,也就是温度只会升高到某种程度,中心部分的火会渐渐消失。太阳逐渐失去光芒,膨胀的外层部分将收缩,冷却成致密的白矮星。通过红巨星时代考验而存留下来的行星将会继续围绕太阳运行,所有一切都将被冻结,最后太阳系迎接的将会是寂静状态的结束。

若太阳这种恒星变为白矮星,每秒自转一周。密度至少为1.41×10¹¹kg/m³。

探测历史

时间(年) 探测器名称 国家 成就
1960-1968 先驱者5-9号 美国 绕太阳运行,研究太阳风、耀斑
1974-1976 太阳神1-2号 美德合作 近距离高速掠过太阳表面,测量太阳风与磁场
1980 太阳极大使者 美国 收集了耀斑、太阳黑子和日珥发出的X射线。伽马射线、紫外辐射的资料。
1990 尤利西斯 美欧合作 在太阳极区上方的太阳风以及太阳磁场
1991 阳光 日英美合作 测量了太阳耀斑发出的X射线和伽马射线以及耀斑爆发前的状况
1995 SOHO 美欧合作 研究太阳内部结构和表面发生的事件
1998 TRACE 美国 了解太阳磁场与日冕加热之间的联系
2006 STEREO 美国 全方位提供太阳爆发和太阳风的星系
2010 SDO 美国 预测太阳活动对地球的影响

外部連結

参考来源

  1. 太阳系起源之谜,个人图书馆网,2016-12-26
  2. 太阳系起源之谜,个人图书馆网,2016-12-26
  3. 太阳系起源之谜,个人图书馆网,2016-12-26
  4. [http://scitech.people.com.cn/n1/2016/0115/c1057-28054807.html 站在太阳上你有多重?人民网,2016年01月15日
  5. 太阳的结构,个人图书馆,2014-11-22
  6. 太阳能量的来源 怎么来的?,中文网,2015-11-7
  7. 太阳常用数据,个人图书馆网,2017-12-28
  8. 太阳基本数据,中国科学院普云平台网
  9. 盘点十大不为人知的恒星奥秘:太阳是蓝绿色的,搜狐网,2012年11月01日