10.02 太陽,最熟悉的陌生恆星,它是由什麼物質構成的?

太陽,最熟悉的陌生恆星,它是由什麼物質構成的?

圖解: 2012年7月12日,美國宇航局太陽動力學天文臺在太陽耀斑爆發前看到了太陽黑子AR1520。

太陽是一個由氣體和等離子體組成的“大球”。其中,氫氣佔比高達91%,並轉化為日核的能量。這種能量穿過太陽內部進入太陽大氣層,並以光和熱的形式釋放到太陽系中。

核聚變

在引力作用下,日核層有著巨大的壓力和極高的溫度,其溫度高達2700萬華氏度(1500萬攝氏度)。高溫高壓使得氫原子聚變為氦,這個過程就叫做核聚變。隨著氣體溫度的升高,原子分裂成帶電荷的粒子,變成等離子體。

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圖解:太陽是主序星,通過原子核的核聚變產生能量,把氫原子聚變成氦原子。在它的核心,太陽發生以每秒鐘6.2億噸氫的核聚變。

這種能量由伽馬光子和中微子傳遞到輻射區。在美國航天局的“請教空間科學家”網頁上,斯騰·奧登瓦爾德稱,光子在到達太陽表面之前在這一區域大約要經過上千次的隨機彈跳,歷時可達百萬年。

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圖解:1970年11月13日,首次利用氫氣泡室對於中微子進行的觀測。中微子撞擊了氫原子中的質子。這撞擊發生於照片右方,是三條由帶電粒子所形成軌跡的彙集之處。

我們不便估測一個光子從太陽中心向外散射所需的時間,原因之一是科學家們不能觀測到日核內部去追蹤光子的起源,而必須建立“隨機遊走”模型來解決這一問題:一個醉漢在隨機向左或向右走的情況下所移動的距離等於其步伐大小乘以其步數的平方根。對於一個在太陽系中隨機遊走的光子來說,其散射所需的時間取決於太陽輻射的平均自由徑(即平均距離),儘管大多數科學家傾向於17萬年,然而這個時間從4000年到上百萬年都有可能。

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圖解:依據標準太陽模型,太陽內部會發生的質子-質子鏈反應。中微子可以經由這一過程產生。

洛杉磯市加利福尼亞大學的空間科學家路斯·格林告訴空間網站,“我認為光子在太陽內部的隨機遊走需要17萬年”。

“大多數天文學家對這個數字興趣不大也不打算得出確切答案,因為目前為止這除了影響到日核區域的性質之外,尚未對其他現象產生影響”,奧登瓦爾德說。科學家們認為,太陽磁場是由輻射層的磁發電機效應引起的。

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圖解:輻射層是恆星內部經由輻射而不是對流的手段向外傳遞能量的區域,能量以電磁輻射,像是光子,的形式穿越輻射層。在太陽內部,輻射層位於太陽核心和對流層之間,從0.2至0.71太陽半徑的區間。

對流層(也稱對流區)是太陽內部的最外層,其到可視表面或太陽大氣層的深度大約是12.5萬英里(20萬千米)。對流層的溫度低於350萬華氏度(200萬攝氏度),熱等離子體在對流層向太陽表面“進發”。

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圖解:顯示太陽和紅巨星結構中對流層的圖解,它們使恆星外層(表面)呈現顆粒狀。

對流層的這種運動將熱量迅速攜帶至太陽大氣最低的一層,即光球層。在光球層,太陽能以日光的形式被釋放出來,其光線穿過太陽大氣的外部圈層——色球層和日冕。我們通常是無法看到這些圈層的,但在日全食期間,色球層看起來就像是太陽的紅色鑲邊,而日冕和向外擴散的等離子流一起形成了一個白色“王冠”。美國國家太陽觀測站解釋,色球層之所以呈紅色,是因為其富含氫氣。

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富含元素

相關領域的天文學家發現了組成太陽的67種化學元素,很有可能不止這些,但因其含量甚微而難以監測。

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相關知識延伸閱讀

太陽或日是位於太陽系中心的恆星,它幾乎是熱等離子體與磁場交織著的一個理想球體。其直徑大約是1,392,000公里,相當於地球直徑的109倍;質量大約是2×1030千克,約佔太陽系總質量的99.86%,同時也是27,173,913.04347826倍的月球質量。 從化學組成來看,太陽質量的大約四分之三是氫,剩下的幾乎都是氦,包括氧、碳、氖、鐵和其他的重元素質量少於2%。

1.Wikipedia百科全書

2.天文學名詞

3. space- Estelle-Tim Sharp

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