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每天我们都能接触到的太阳到底是由什么构成的?

2019-09-17     图片

太阳是一个由气体和等离子体组成的“大球”。其中,氢气占比高达91%,并转化为日核的能量。这种能量穿过太阳内部进入太阳大气层,并以光和热的形式释放到太阳系中。


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核聚变

在引力作用下,日核层有着巨大的压力和极高的温度,其温度高达2700万华氏度(1500万摄氏度)。高温高压使得氢原子聚变为氦,这个过程就叫做核聚变。随着气体温度的升高,原子分裂成带电荷的粒子,变成等离子体。

这种能量由伽马光子和中微子传递到辐射区。在美国航天局的“请教空间科学家”网页上,斯腾·奥登瓦尔德称,光子在到达太阳表面之前在这一区域大约要经过上千次的随机弹跳,历时可达百万年。


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这张影像是使用日出卫星的光学望远镜在2007年1月12日拍摄的,显示出因为磁场极性的不同自然的等离子体连接成纤维的区域。

我们不便估测一个光子从太阳中心向外散射所需的时间,原因之一是科学家们不能观测到日核内部去追踪光子的起源,而必须建立“随机游走”模型来解决这一问题:一个醉汉在随机向左或向右走的情况下所移动的距离等于其步伐大小乘以其步数的平方根。对于一个在太阳系中随机游走的光子来说,其散射所需的时间取决于太阳辐射的平均自由径(即平均距离),尽管大多数科学家倾向于17万年,然而这个时间从4000年到上百万年都有可能。


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质子﹣质子链反应在太阳或更小的恒星上占有主导的地位。

洛杉矶市加利福尼亚大学的空间科学家路斯·格林告诉空间网站,“我认为光子在太阳内部的随机游走需要17万年”。

“大多数天文学家对这个数字兴趣不大也不打算得出确切答案,因为目前为止这除了影响到日核区域的性质之外,尚未对其他现象产生影响”,奥登瓦尔德说。科学家们认为,太阳磁场是由辐射层的磁发电机效应引起的。


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太阳上出现的C-3级耀斑(在左上角的白色区域),一个太阳海啸(右上,波状的结构)和多个丝状的磁力线从恒星表面离开。

对流层(也称对流区)是太阳内部的最外层,其到可视表面或太阳大气层的深度大约是12.5万英里(20万千米)。对流层的温度低于350万华氏度(200万摄氏度),热等离子体在对流层向太阳表面“进发”。


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太阳的有效温度或黑体温度(5777K)是一个相同大小的黑体,在产生完全辐射的功率时所对应的温度。

对流层的这种运动将热量迅速携带至太阳大气最低的一层,即光球层。在光球层,太阳能以日光的形式被释放出来,其光线穿过太阳大气的外部圈层——色球层和日冕。我们通常是无法看到这些圈层的,但在日全食期间,色球层看起来就像是太阳的红色镶边,而日冕和向外扩散的等离子流一起形成了一个白色“王冠”。美国国家太阳观测站解释,色球层之所以呈红色,是因为其富含氢气。


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富含元素

相关领域的天文学家发现了组成太阳的67种化学元素,很有可能不止这些,但因其含量甚微而难以监测。下表列式了太阳中最常见的10种元素:


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