太阳核心
太阳的构造
我们可以简单地把太阳的整体构造分为两大区域,而这两个区域又分别由三部分构成。下文介绍太阳的六个部分,其中前三者是太阳的实质结构,而后三者则围绕着太阳大气展开,这两大区域有助于我们了解太阳的一些情况,这其中包括了太阳的大小、构造、以及寿命。
核心太阳的中心是一片致密的区域,那里极高的压力和温度足以引起核聚变(氢原子核在高温高压下互相聚合成氦原子核),由此释放大量能量;而这一反应,也正是我们所看到的太阳光的来源。太阳核心大约占到太阳半径的25%,如前所述,这里的化学构成是氢与氦。
辐射层这一层滤过了因太阳核心的核聚变产生的巨量伽玛射线。辐射层约占太阳半径的45%,依然是一个高压环境。在这里,能量不断随机反射,以“之”字型路径上升到对流层。这一通向对流层的旅程可能会持续100万年,在这期间能量不断重复着被吸收,再通过热辐射被释放,这就导致了最终进入对流层的是能量水平较低的粒子。
对流层对流层是太阳物理结构的最外层,约占到太阳半径的30%。在对流层中,有巨大的炽热气体柱(热柱)涌向太阳的表面,就如同壶中的开水滚沸着涌向水面一般。热柱所到之处,也就是太阳表面上能量得以释放之处。太阳对流层中的温度约为350万华氏度(约195万摄氏度)。
图解太阳和一颗红巨星的结构图,显示了它们的对流区。这些是恒星外层的颗粒区。
光球层这是首个人们能直接观测到的太阳结构,范围是从太阳的表面延伸至其上方250英里(400公里——译者注)。从这里放出的光能,也就是每当太阳升起时,我们所见到的黄光!光球层位于太阳大气层的最内部,这里的温度在6500-11000华氏度(约3600-6100摄氏度)之间。
太阳表面的太阳黑子和周围的详细视图。它们都位于光球层中。密集的细胞模式(与太阳黑子无关)是"米粒组织";单独的细胞是"米粒"。
色球层色球层距太阳表面250至1300英里(约400至2100公里)。这里温度变化剧烈,而且甚至要比位于色球层下方的光球层更炽热——尽管这听来难以置信。
日冕日冕也许是太阳最神秘、最难得一见的结构了,这是因为,除非发生日全食,否则人们一般是观测不到它的(除非使用日冕仪)。日冕的温度远远高于其他太阳大气层结构,竟可达350万华氏度(约195万摄氏度)——这与对流层持平!
日冕的上升没有边界,它延伸到太阳表面数百万英里以外。关于日冕(包括它令人难以置信的高温)仍然有很多未解之谜,但人们对日冕的探索从未止步!
图解:日全食,于短暂的全食阶段可以用肉眼看见太阳的日冕。
太阳的边界在哪里?上文中我们介绍了太阳的各个部分。但行文至此,我们仍然无法解释“人类是如何知晓太阳的构成的?”“太阳有多大?”这两个问题。为了回答这两个问题,人们使用了两种不同的方法,分别为光谱法和角参数
光谱学大约在100年前,我们还无法准确地确定太阳的构成,直到数十年前,我们才对测定结果完全确信。本质上讲,将太阳发出的光通过棱镜,太阳光会被分解成颜色与彩虹一样的彩色光带,每种颜色代表不同能量的光。然而,我们从棱镜中也会看到一些光线黯淡的“黑带”,这意味着此处的光被某种元素吸收掉了。每一种元素都有自己独特的光谱,由此推理,我们便可以得出太阳当中存在着哪些物质,以及它们的浓度如何。
多亏了核天体物理学的研究成果,我们得以了解太阳当中各原子浓度的变化速率,由此可以得知太阳剩余的燃料还有多少,进而可以推断出太阳还可以在空中燃烧多久。