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太陽的定義和概念

2023-09-20天文1300

太陽是太陽系中心的恒星。 它是一個巨大的熱电浆球,通過其覈心的核聚變反應而膨脹和加熱。 這種內部能量的一部分以光、紫外線和紅外線輻射的形式從其表面發射出來,為地球上的生命提供了大部分能量。


通過薄霧看到的太陽

太陽半徑約為695000公里(432000英里),是地球半徑的109倍。 它的質量約為地球的33萬倍,約占太陽系總質量的99.86%。

太陽質量的大約四分之三由氫組成(~73%); 其餘的主要是氦(~25%),還有少量的重元素,包括氧、碳、氖和鐵。

太陽是一顆G型主序星(G2V),非正式地稱為黃矮星,儘管它的光實際上是白色的。 它是大約46億年前由大型分子雲區域內物質的引力塌縮形成的。 這些物質的大部分聚集在中心,而其餘的則扁平化成一個軌道盤,即成為太陽系。 中心質量變得非常熱和緻密,最終在其覈心引發了核聚變。 人們認為幾乎所有的恒星都是通過這個過程形成的。

每秒,太陽覈心將約6億噸氫聚變成氦,並在此過程中將400萬噸物質轉化為能量。 這種能量可能需要10000到170000年才能逃離覈心,是太陽光和熱的來源。 在遙遠的未來,當太陽覈心的氫聚變减少到太陽不再處於流體靜力學平衡時,其覈心的密度和溫度將顯著新增,這將推動其外層膨脹,最終改變太陽變成紅巨星。 這一過程將使太陽變得足够大,使地球在大約50億年後不再適合居住。 此後,太陽將脫去其外層,成為一顆緻密的冷卻恒星(白矮星),不再通過聚變產生能量,但仍會發光並散發出先前聚變的熱量。

自史前時代以來,太陽對地球的巨大影響就已被人們所認識,並被一些文化視為神。 地球的會合自轉及其繞太陽的軌道是一些太陽曆的基礎。 當今使用的主要曆法是西曆,它基於16世紀將觀測到的太陽運動作為實際運動的標準解釋。

一般特徵

太陽是一顆G型主序星,約占太陽系質量的99.86%。 太陽的絕對星等為+4.83,估計比銀河系中約85%的恒星還要亮,其中大部分是紅矮星。

太陽是一顆I族恒星,或富含重元素的恒星。 它的形成可能是由附近一顆或多顆超新星的衝擊波引發的。

太陽系中富含金和鈾等重元素表明了這一點,相對於所謂的第二星族、貧重元素恒星中這些元素的豐度。 這些重元素最有可能是由超新星期間的吸熱核反應產生的,或者是通過大質量第二代恒星內中子吸收的嬗變產生的。

太陽是迄今為止地球天空中最亮的天體,視星等為-26.74。 這比第二亮的恒星天狼星亮約130億倍,天狼星的視星等為-1.46。

一個天文組織(約150000000公里;93000000英里)被定義為太陽中心到地球中心的平均距離,儘管該距離隨著地球從近日點移動到約1月3日至7月4日左右的遠日點。 

距離可以在147098074公里(近日點)和152097701公里(遠日點)之間變化,極值範圍可以從147083346公里到152112126公里。 在其平均距離下,光從太陽地平線傳播到地球地平線大約需要8分20秒,而光從太陽和地球最近的點傳播大約需要兩秒。 這個能量陽光通過光合作用支持地球上幾乎所有生命,並驅動地球的氣候和天氣。

太陽沒有明確的邊界,但它的密度隨著光球層上方高度的新增呈指數下降。 為了量測的目的,太陽的半徑被認為是從其中心到光球層邊緣(太陽的視可見表面)的距離。

通過這種量測,太陽是一個近乎完美的球體,扁率估計為百萬分之九,這意味著它的極地直徑與赤道直徑僅相差10公里(6.2英里))。 行星的潮汐效應較弱,不會顯著影響太陽的形狀。 太陽在赤道的自轉速度比在兩極的速度快。 這種差异旋轉是由熱傳輸引起的對流運動和太陽自轉引起的寇里奧利力引起的。 在由恒星定義的參照系中,赤道的自轉週期約為25.6天,兩極的自轉週期約為33.5天。 從地球繞太陽公轉時看,太陽在赤道的視自轉週期約為28天。 從北極上方的有利位置看,太陽繞其自轉軸逆時針旋轉

成分

太陽主要由化學元素氫和氦組成。 在太陽生命的此時,它們分別占太陽光球層質量的74.9%和23.8%。

所有較重的元素,在天文學中稱為金屬,所占質量不到2%,其中包括氧(大約是太陽質量的1%)、碳(0.3%)、氖(0.2%)和鐵(0.2%)。%) 是最豐富的。 

在太陽能研究中,更常見的是用dex來表示每種元素的豐度,dex是一個按比例縮放的對數組織。 A(e)= 12+log10(ne/nH),其中“e”是所討論的元素,nH是10^12個氫原子。 根據定義,氫的豐度為12,氦的豐度大約在10.3到10.5之間變化,具體取決於太陽週期的階段,碳為8.47,氖為8.29,氧為7.69 ,鐵為7.62。

太陽最初的化學成分繼承自形成太陽的星際介質。 最初它含有約71.1%的氫、27.4%的氦和1.5%的重元素。 太陽中的氫和大部分氦可能是在宇宙誕生的前20分鐘內通過大爆炸核合成產生的,而較重的元素是在太陽形成之前由前幾代恒星產生的,並擴散到恒星生命最後階段以及超新星等事件產生的星際介質。

自太陽形成以來,主要的聚變過程涉及將氫聚變成氦。 在過去的46億年裏,氦的數量及其在太陽內的位置逐漸發生了變化。 在覈心內,由於聚變,氦的比例從大約24%新增到大約60%,並且一些氦和重元素由於重力從光球層向太陽中心沉降。 較重元素的比例不變。 熱量通過輻射而不是對流從太陽覈心向外傳遞,囙此聚變產物不會被熱量向外提升; 他們仍然在覈心,逐漸地,氦內核開始形成,但無法聚變,因為現時太陽覈心的溫度或密度不足以聚變氦。 在當前的光球層中,氦含量减少,金屬豐度僅為原恒星階段(覈心核聚變開始之前)的84%。 未來,氦氣將繼續在覈心積聚,在大約50億年的時間裏,這種逐漸積聚最終將導致太陽退出主序帶,成為一顆紅巨星。

光球層的化學成分通常被認為代表了原始太陽系的成分。 上述太陽重元素豐度通常是通過太陽光球層光譜和從未加熱到熔化溫度的隕石中的豐度來量測的。 這些隕石被認為保留了原恒星太陽的成分,囙此不受重元素沉降的影響。 這兩種方法大體上吻合得很好。


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