天文科普视频,天文科普：太阳的基本结构

　　【#能力训练# 导语】太阳是目前被天文学家研究得最细致，最深入的一颗恒星。我们平时看到的太阳似乎十分平静，其实太阳上的剧烈活动远远超过我们的想象。

　　根据太阳活动的相对强弱，我们把太阳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。

　　1.太阳的内部

　　核反应区从中心到0.25R⊙（R⊙：太阳半径）是太阳发射巨大能量的真正源头，也称为核反应区。在这里，太阳核心处温度高达1500万度，压力相当于3000亿个大气压，随时都在进行着四个氢核聚变成一个氦核的热核反应。根据原子核物理学和爱因斯坦的质能转换关系式E=mc2，每秒钟有质量为6亿吨的氢经过热核聚变反应为5.96亿吨的氦，并释放出相当于400万吨氢的能量，正是这巨大的能源带给了我们光和热，但这损失的质量与太阳的总质量相比，却是不值一提的。根据目前对太阳内部氢含量的估计，太阳至少还有50亿年的正常寿命。

　　辐射区0.25R⊙～0.86R⊙是太阳辐射区，它包含了各种电磁辐射和粒子流。辐射从内部向外部传递过程是多次被物质吸收而又再次发射的过程。从核反应区到太阳表面的行程中，能量依次以X射线、远紫外线、紫外线，最后是可见光的形式向外辐射。太阳是一个取之难尽，用之不竭的能量源泉。

　　对流层对流层是辐射区的外侧区域，其厚度约有十几万千米，由于这里的温度、压力和密度梯度都很大，太阳气体呈对流的不稳定状态。使物质的径向对流运动强烈，热的物质向外运动，冷的物质沉入内部，太阳内部能量就是靠物质的这种对流，由内部向外部传输。

　　取一定数量的食用油，并放在锅里加热后，在沸腾的油上放一些细铅粉，仔细观察是否会在一定的温度下产生类似于太阳米粒组织的对流花样。想一想其中的科学道理。

　　2.太阳的大气

　　光球层对流层上面的太阳大气，就是我们平时所见的太阳圆盘，称为太阳光球。光球是一层不透明的气体薄层，厚度约500千米。它确定了太阳非常清晰的边界，几乎所有的可见光都是从这一层发射出来的。

　　光球层上最显著的现象就是太阳黑子，所谓太阳黑子，其实只是太阳光球层上的温度相对较低的区域，其温度约为4500K，而光球其余部分的温度约为5800K。这些温度较低的区域在明亮的光球反衬下，就显得很黑。

　　除此之外，太阳光球层上还有以下一些现象：

　　（1）光斑，即在日面边缘背景亮度较小的部分可以看到一些比周围亮的斑点；

　　（2）临边昏暗，即日面亮度向边缘逐渐减小的现象；

　　（3）米粒组织，即在比较好的大气宁静条件下，通过高分辨率的太阳望远镜仔细观测，可以看到光球表面的亮度并不均匀，存在着均匀分布的米粒状的结构，称为米粒组织。这其实是对流层里对流现象在光球表面的一种表现形式，它和太阳活动区关系密切。

　　[小知识]太阳光谱

　　使用光谱仪来观测太阳，可以看到太阳光展现成了一条彩色的光谱带，上面还叠加了许多暗线，这些暗线被称为“夫琅和费谱线”。研究表明，这些谱线其实是由各种化学元素造成的。通过对这些谱线的分析，得知太阳光球中存在着90多种化学元素。太阳光谱不仅可以研究太阳大气的化学成分，还可以研究太阳的自转速度、太阳的磁场、太阳活动机制等，为我们提供许多重要的天体物理信息。

　　色球层色球位于光球之上。厚度约2000千米。太阳的温度分布从核心向外直到光球层，都是逐渐下降的，但到了色球层，却又反常上升，到色球顶部时已达几万

　　度。由于色球层发出的可见光总量不及光球的1%，因此人们平常看不到它。只有在发生日全食时，即食既之前几秒种或者生光以后几秒钟，当光球所发射的明亮光线被月影完全遮掩的短暂时间内，在日面边缘呈现出狭窄的玫瑰红色的发光圈层，这就是色球层。平时，科学家们要通过单色光（波长为6563埃）色球望远镜才能观测到太阳色球层。

　　色球上经常出现一些暗的“飘带”，称为暗条，当它转到日面边缘时，很像一只耳朵，人们俗称它为日珥；在太阳黑子的正上方，有时出现一些局部亮区域，称为谱斑；当谱斑亮度突然增强时，就是通常人们所说的太阳耀斑。太阳耀斑释放的能量极其巨大，其巨大的能量来自磁场。

　　日冕是太阳大气的最外层，它由高温、低密度的等离子体所组成。亮度微弱，在白光中的总亮度比太阳圆面亮度的百分之一还低，约相当于满月的亮度，因此只有在日全食时才能展现其光彩，平时观测则要使用专门的日冕仪。日冕的温度高达百万度，其大小和形状与太阳活动有关，在太阳活动极大年时，日冕接近圆形；在太阳宁静年则呈椭圆形。自古以来，观测日冕的传统方法都是等待一次罕见的日全食——在黑暗的天空背景上，月面把明亮的太阳光球面遮掩住，而在日面周围呈现出青白色的光区，就是人们期待观测的太阳最外层大气——日冕。

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