太阳是一个巨大的等离子球。
什么是等离子体?
等离子体又叫电浆,是物质的第四态。
现代研究认为,物质除了固态、液态、气态,还有等离子态、玻色~爱因斯坦凝聚态、费米子凝聚态、电子简并态、中子简并态等物质形态。
所有的恒星在主序星阶段都是等离子态,而宇宙可见物质主要由恒星组成。
现代研究认为,不可见物质占有宇宙总质量的94.1%,人们把它们叫做暗物质和暗能量。
何谓等离子态?
物质之所以成为等离子态,是因为部分电子被剥夺后的原子及原子团,电离后产生的离子和自由电子会聚在一起形成一团离子化气体状物质。
等离子体表现出集体行为特性,受电磁力支配,因此通过磁场可以捕捉、移动和加速。
可控核聚变和就是利用这个原理约束超高温等离子体的。
在足够高的温度或压力下,物质原子核外层部分电子脱离了原子核束缚,成为自由电子,形成电离状态。这样原子核就带正电,自由电子带负电。这些正离子和负电子并不会真正的分开,而是搅和在一起,成一团浆糊状,这就是等离子体。
所谓“等”就是这团电浆正负电荷依然相等,近似电中性。
太阳和所有恒星就是这样的一种物质状态。
太阳的高温是由于中心核聚变生成的,其温度有多种层次。
太阳中心是聚变反应区,这个区域占据了太阳半径约1/4。
太阳半径为69.6万公里,太阳核聚变反应区呈球形占据了太阳半径约1/4。
太阳质量为1.9891×10^30kg。像太阳这样质量的恒星,中心温度并不高,因此要维持核聚变持续不断的进行,主要依赖巨大的引力压力。
太阳中心温度约1500万度,但压力却有3000亿个地球海平面大气压。
在这样巨大的压力和温度下,太阳核心区的氢原子外围所有电子被压跑了,露出光秃秃的核子,核子与核子挤在一起,就发生了核融合,形成四个氢核聚合成一个氦核。
这样太阳就每秒钟有6亿吨的氢聚变成5.958亿吨的氦,其中有约占0.7%计420万吨的物质转化为能量,以电磁辐射的形式释放到太空中。
这样在太阳核心区就一直保持着1500万度的温度,巨大的核聚变辐射压与恒星质量引力压保持了一个平衡,这个平衡一直保持100亿年,这就是太阳的主序星阶段。
核聚变反应区上面是辐射区。
这个区域很大,从太阳0.25个半径一直到约0.78个太阳半径,占据了太阳半径的约50%多。
辐射区主要是将太阳核心的能量向外传递,包含了各种电磁辐射和粒子流,能量以X射线、紫外线、可见光的形式向外辐射。
这里是一个光子随机漫步的地方,由光子将核心产生的能量往外传递。
太阳光子从内部走到表面是一个漫长的过程,我过去常说,晒在我们身上的太阳光,是太阳十几万年甚至几百万年从核心产生出来的光子,这话一点也没有夸张。
太阳通过核聚变产生出一个光子,这个光子每前进约1微米,就会被一个气体分子所吸收,这个气体吸收光子后被加热,随机会放出一个波长相同的光子。
然后这个光子又前进1微米,如此一路炮制。
光子就这样一路磕磕碰碰一路随机漫步,到达太阳表面大概要经过10^25次吸收和重新发射,每次都要花一点时间,经过10亿亿亿次这个时间就不得了了。
而且还有些光子会走回头路,绕来绕去,时间就更长了。
这个能量传递的辐射区温度约为200万度~700万度。
辐射区再往上就是对流层。
对流层厚度约15万公里,这个厚度约占太阳半径的21%,是一个湍流翻腾的地方,层内的氢层不断电离,增加气体比热,破坏流体静力学平衡。
气体上下升降,把上面变冷的气体通过湍流带动,到达太阳深处重新被高温加热,又把高温气体带到对流层顶的光球层下面。
在对流层由于流体元升降很快,几乎处于绝热状态,温度高的上升,温度低的下降,风起云涌,澎湃翻腾,在这样的对流中,将辐射区的高温流体元不断往光球层送,把低温气流体元带回加热。
这里的温度底层可达200万度~300万度,顶层光球层下面只有约6000度。
对流层上面是光球层,是我们看到的太阳表面了。
这一层把太阳内部和外部隔离开来。
光球层只有薄薄的500公里厚,由及其稀薄的气体组成,但这种气体由于有500公里厚,就变得不透明了,因此人类无法从光球层看到太阳内部的活动情况。
绝大部分的可见光就是从这里发出,我们看到的太阳样子,就是太阳光球的样子。
光球层上有太阳黑子活动,还能够观察到米粒组织。
所谓米粒组织就是像一大锅不断翻腾的小米粥,不断的变化着,有研究认为,这是对流层上下翻腾的炽热气体顶到了光球层底部的样子。
太阳黑子是光球层里面形成的炽热气体漩涡,在漩涡中心,温度比周围低一点,约4500度,而光球层其他区域温度约6000度,这样看起来就有了一个个暗点点,这就是太阳黑子。
太阳黑子会产生强大的磁场,活动有周期性,约11年一个周期。太阳黑子活动剧烈时,会对地球磁场和大气造成影响,从而影响地球气候。
光球层上面叫色球层,厚度约2000公里。
色球层不发光,严格意义上来说就是发出的可见光很小,只有色球层的1%左右,因此,人们平常看不到色球层,但在全日食食既和生光的前几秒能够扑捉到,就是日面边缘有一圈玫瑰色的光圈层。
太阳温度从中心到光球是逐步降低的,到了色球层反而升高,在色球层顶部,温度达到数万度。
色球层是一个充满磁场的等离子层,由于磁场的不稳定,常常触发剧烈的耀斑爆发,以及共生爆发的日珥、冲浪、喷焰等,同时还会发射大量远紫外线、X射线等辐射和高能粒子流。
耀斑爆发的能量很大,可达到10^20~10^25焦耳,温度达到数百万度乃至上千万度。
有研究认为,光球层的太阳黑子活动与色球层的耀斑活动有密切关系。这两种活动同时对日地空间和地球高层大气影响很大。
色球虽然很难看到,却是人类重要研究对象,因为对于人类生存与毁灭有重大影响。
日冕是太阳大气的最外层,由高温、低密度的等离子体组成。
日冕实际上就是太阳最外层高温大气,平时很难看到,日全食时可以清晰地看到太阳周围飘逸着的白色光芒,那就是日冕。
日冕可以伸展到太阳色球层以外数百万公里。
日冕有冕洞,是太阳风源头。所谓太阳风就是太阳喷发出的高能带电粒子,主要有自由电子、质子、高度电离的离子等组成,实际上就是日冕的主要组成。
太阳风的密度可达10^15粒/m³,速度可达几百公里到数千公里/秒,温度达到150~250万度。
广义来说,太阳风到达之处,都是日冕的势力范围。这样说来,也就是日顶层(太阳风顶层)可以视为日冕的到达范围,这个范围半径约120个天文单位,也就是180亿公里。
以上就是太阳的不同层次和温度,我们总结一下:
太阳层次分为核心区、辐射区、对流区、光球层、色球层、日冕层。从光球层开始,包括色球层、日冕层,都属于太阳大气层。
太阳不同层次温度不一样,分别为:中心温度约1500万度,随着往外层温度逐步降低;到了辐射区,约在700万度到200万度之间递减,对流区从200万度到6000度递减,光球层温度在4500度到6000度之间,色球层温度升高至数万度。
耀斑爆发可以达到几百万度甚至上千万度,最外层的大气日冕粒子温度可达250万度。
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太阳是太阳系中心的一个巨大的核动力能源,也是生命之源,它产生维持地球生命的热和光。但是太阳有多热?
对于太阳的每一部分都是不同的。太阳按层排列,温度不同,中心温度最高,外层温度较低——直到在太阳大气边缘奇怪地重新加热。
然后,这种能量在太阳的内部辐射区向外辐射,而内部辐射区缺乏热量和压力来导致核聚变。在该地区,气温从700万摄氏度降至200万摄氏度。在下一个被称为对流区的区域,等离子气泡将热量带到太阳表面,这个区域大约有200万摄氏度。
接下来,能量到达太阳表面或光球层,产生从地球可见的光,温度相对较低,为5500摄氏度。
然而,由于未知的原因,太阳大气中的温度再次上升,在恒星最外层的日冕中达到200万摄氏度。
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