The sun

「太陽」(The Sun) 是「太陽系」(Solar System) 的主角,對地球非常重要,如果沒有「太陽」,「地球」(The Earth) 根本不存在生命;太陽是一顆典型的 G2 型恆星,是我們星系中超過 1000 億顆恆星中的其中一顆。

直徑: 1,390,000 km.
質量: 1.989e30 kg
溫度: 5800 K (表面) 15,600,000 K (核心)
與地球的平均距離:150,000,000km (1AU) 
直徑 (km) :1,392530km 
質量 (M/M地球) :330,000 
密度 (g/cm3) :1.41 
表面溫度 (K) :5,800
自轉週期: 赤道為 25 天而兩極為 35 天

「太陽」為離我們最近的恆星,不過陽光仍需約 8 分半鐘才能到達地球,「地球」與「太陽」的距離約為 1 億 5000 萬公里,如以每小時 150 公里的平均時速開車,須費時 114 年才能到達「太陽」。但每天照在我們身上的陽光,雖然從「太陽」表面來到「地球」只需 8 分半鐘因為「太陽」核心壓力很大,陽光要從離子狀態的內部不停折射逃到「太陽」表面,卻需數十萬至 100 萬年時間。

「太陽」是我們「太陽系」中最大的星體,它的質量佔整個「太陽系」總質量的 99.8% 以上。〔「木星」(Jupiter) 的質量則幾乎是所有剩下的質量〕在許多神話故事中,「太陽」都有擬人化的稱呼:「希臘」人稱之為--「赫利歐斯」(Helios),「羅馬」人稱之為--「梭爾」(Sol)。

目前在「太陽」的質量中大約有 75% 的「氫」(Hydrogen) 和 25% 的「氦」(Helium)。(若是以原子的數量來看,則有 92.1% 是「氫原子」和 7.8% 的「氦原子」),除此之外則還有大約 0.1% 的「金屬」質量。隨著時間的過去,這樣的組成比例會因為「太陽」核心中「氫」轉變為「氦」的作用而改變。

「太陽」外層存在著「差異自轉」(Differential rotation) 的現象:在「太陽」赤道附近的表面是每 25.4 天自轉一週,在兩極的地方則需要 36 天之久。會有這樣奇特的現象發生, 其實是因為「太陽」不像地球一樣是顆固態的星球,因此類似的效應也發生在氣態行星上。這種「差異自轉」的現象可以一直延伸到「太陽」的內部去,但唯獨「太陽」核心的旋轉方式是和固體一樣的。

「太陽」核心 (大約佔太陽半徑 25% 的中心部位) 的狀況非常地極端,那裡的溫度大約是 1500 萬K,壓力是 2500 個大氣壓力 (Atmospheres),在中心位置的密度約是水的 150 倍。

太陽核心

「太陽」的能量輸出 (3.86e33 爾格 ergs/秒second 相當於 38,600 億億百萬瓦) 是來自於「核融合」(Nuclear Fusion) 的反應,每秒鐘有大約 700,000,000 噸的「氫」被轉換為 695,000,000 噸的「氦」和 5,000,000 噸 (=3.86e33 爾格) 的能量,並以「加瑪射線」(Gamma Rays) 的形式發射出來。在它穿出到表層的過程中, 能量不停地被吸收後再發射,同時溫度也越來越低的情況下,當它到達表面的時候,主要已經都是可見光了。 而在到達表面的過程中,對流作用所攜帶的能量要比輻射作用多達 20% 左右。

「太陽」的表面稱之為--「光球層」(Photosphere),溫度大約是在 5800K 左右,「太陽黑子」(Sunspots) 是比較「冷」的區域,只有 3800 K (它們看起來比較黑,只是相對於周圍區域比較起來)。「太陽黑子」可以很大,大到直徑 50,000 km 左右。「太陽黑子」的成因非常複雜,目前我們仍然無法完全瞭解太陽磁場與「太陽黑子」之間的交互作用。

有些「太陽黑子」(Sunspot) 的體積可以有地球那麼大

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在「光球層」之上有一個區域稱之為--「色球層」(Chromosphere)

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在「光球層」之上有個非常稀薄的區域稱為「日冕」(Corona),「日冕」可以延伸到太空中數百萬公里之遙,溫度高達 1000000K 以上,但是只有在「日蝕」的時候才能看見。

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「太陽」的磁場非常強 (以地球的標準來看) 而且複雜,它的「磁力圈」(Magnetosphere),又稱為「太陽圈」(Heliosphere),可以延伸到「冥王星」(Pluto) 之外的地方。

除了光和熱之外,「太陽」還會發射低密度的帶電粒子流 (大都為電子與質子),能夠以每秒 450 公里的速度穿過「太陽系」,我們稱之為「太陽風」(Solar wind)。「太陽風」以及具有更高能量的粒子會經由「太陽閃焰」(Solar Flares) 而發射出來,並對「地球」造成非常神奇的效應,影響範圍從收音機的干擾到美麗的「北極光」(Aurora borealis)。不過有天文學家擔心,根據觀測,「太陽」在不久將來可能會出現一次「特大太陽風」,到時會衝破地球的保護磁場, 令地球引發一次生態大災難!

最近從太空船「尤里西司號」(Ulysses) 所得到的資料顯示,在「太陽」循環的最小期時,「太陽風」會以幾乎兩倍於自低緯度發射的速度 (每秒750公里) 從極區發射出來,同時極區所發射出「太陽風」的組成也有所不同。然而在「太陽」活動的極大期時,「太陽風」反而是以中等速度 (Intermediate Speed) 移動。

未來關於「太陽風」的研究將會由最近所發射的 Wind,ACE 和 SOHO 三艘太空船來完成,它們最大的優勢是可以直接由「地球」與「太陽」之間,距離地球 160 萬公里的位置獲得觀測的結果。

「太陽風」對於彗尾的影響非常顯著,甚至是太空船的軌道也都會受到影響

彗尾

壯觀的「日珥」(環形的突起) 常常可以在「太陽」的邊緣被看到

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太陽能的輸出並非完全固定不變, 甚至「太陽黑子」的活動量也是不停地改變。還曾經在 17 世紀後半的時候發生「太陽黑子」活動的極小期,當時被稱之為「寂靜時期」(The Maunder Minimum),它與北歐一段異常寒冷時期的發生時間非常一致,被我們稱之為「小冰期」(Little Ice Age)。自從「太陽系」形成至今,太陽能的輸出已經增加了大約 40% 左右。

「太陽」的年齡大約有 45 億歲,並已經用掉了核心部分大約一半的氫,它將會繼續「溫和地」輻射太陽能到 50 億年後 (雖然屆時它的光度大約會是現在的兩倍) ,但是它終將用盡所有的「氫」燃料,然後發生徹底的改變 (雖然就恆星的標準來說,這是司空見慣的事), 當「太陽」耗盡燃料時會膨脹,而且溫度升高,它將變為一個巨大的、膨脹的恆星── 「紅巨星」(Red Giants)。那時會導致地球完全蒸發消滅,到最後將剩餘質量噴射到太空,有可能形成「行星狀星雲」(Planetary Nebula)。

NGC6543 

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