解讀太陽(yáng)結(jié)構(gòu)

核 太陽(yáng)核從太陽(yáng)中心延伸到太陽(yáng)半徑的大約20%～25%。其密度大約為水的150倍，溫度接近1570萬(wàn)℃。與之相比，太陽(yáng)表面溫度只有大約5526℃。最近對(duì)SOHO任務(wù)探測(cè)數(shù)據(jù)的分析表明，太陽(yáng)核的旋轉(zhuǎn)速度快于它上面的輻射區(qū)。在太陽(yáng)的大部分生命中，能量一直由太陽(yáng)核內(nèi)部的核聚變產(chǎn)生，這一過程把氫聚變?yōu)楹?。太?yáng)制造的能量中只有大約0.8%來(lái)自于碳氮氧循環(huán)，但隨著太陽(yáng)的衰老，這個(gè)比例應(yīng)該會(huì)上升。

太陽(yáng)核是太陽(yáng)上通過聚變產(chǎn)生大量熱能的唯一區(qū)域。99%的太陽(yáng)能量產(chǎn)生自太陽(yáng)半徑的24%以內(nèi)。到了半徑的30%位置，聚變就幾乎完全終止。隨著太陽(yáng)核能量向外傳播到太陽(yáng)的許多層面，太陽(yáng)的其余部分被加熱。最終，太陽(yáng)核能量到達(dá)太陽(yáng)光球?qū)樱躁?yáng)光或粒子動(dòng)能的形式逃逸至太空。

輻射層 從太陽(yáng)核向外到太陽(yáng)半徑的大約70%位置，熱輻射是主要的能量傳播方式。隨著與太陽(yáng)核距離的增加，溫度從大約700萬(wàn)℃降至200萬(wàn)℃。這個(gè)溫度梯度不能驅(qū)動(dòng)對(duì)流，這就解釋了為什么能量在輻射層的傳導(dǎo)是通過輻射而非熱對(duì)流。氫離子和氦離子釋放光子，光子穿行短距離后又被其他離子吸收。從太陽(yáng)核頂部到輻射層頂部，密度從每立方厘米20克下降到0.25克。

差旋層 太陽(yáng)的輻射層和對(duì)流層被一個(gè)過渡層——差旋層分開。在差旋層，輻射層的均一自旋與對(duì)流層的不均一自旋之間的強(qiáng)烈反差，造成這兩層之間的一個(gè)大型剪切——一個(gè)水平層滑過另一個(gè)水平層。現(xiàn)在流行的假說是，差旋層內(nèi)部的磁發(fā)電機(jī)制產(chǎn)生了太陽(yáng)磁場(chǎng)。

對(duì)流層 太陽(yáng)的對(duì)流層從太陽(yáng)半徑的70%延伸到太陽(yáng)表面附近。在這一層，太陽(yáng)等離子體不夠致密，溫度也不夠，不足以通過輻射讓內(nèi)部熱能向外傳導(dǎo)。相反，正因?yàn)榈入x子體密度夠低，所以能形成對(duì)流，讓太陽(yáng)能量往太陽(yáng)表面移動(dòng)。在差旋層被加熱的物質(zhì)吸收熱量并膨脹，這些物質(zhì)密度降低而向上升。其結(jié)果是，有序運(yùn)動(dòng)的物質(zhì)團(tuán)變成了一個(gè)個(gè)熱電池，它們把絕大多數(shù)熱量向外帶至上方的光球?qū)?。一旦這些物質(zhì)在光球?qū)酉路揭稽c(diǎn)點(diǎn)的位置相對(duì)擴(kuò)散和降溫，其密度就增加，它們又下沉到對(duì)流層底部，再次從輻射層頂部吸收熱量，對(duì)流循環(huán)繼續(xù)。在光球?qū)?，溫度降?526℃，密度降到每立方厘米0.2克。對(duì)流層的熱柱在太陽(yáng)表面形成印記，即大小不等的“太陽(yáng)米粒組織”。對(duì)流層的洶涌湍流支撐著太陽(yáng)表面附近熱柱的發(fā)電機(jī)效應(yīng)。太陽(yáng)熱柱被稱為貝納胞，其形態(tài)為六角形棱鏡。

光球?qū)?指太陽(yáng)的可見表面，在這一層下面的太陽(yáng)部分均不可見。在光球?qū)由厦?，可見的太?yáng)光自由擴(kuò)散到太空。透明度的變化是由于氫離子數(shù)量下降。氫離子很容易吸收可見光。相反，我們所見的可見光是在電子與氫原子反應(yīng)產(chǎn)生氫離子時(shí)形成的。光球?qū)拥暮穸葹閿?shù)千千米，透明度比地球空氣低一點(diǎn)。因?yàn)楣馇驅(qū)由蠈颖认聦訙囟鹊?，所以太?yáng)圓盤看上去中間比邊緣亮。光球?qū)用芏群艿?。在?duì)光球?qū)庸庾V的初期研究中，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)一些吸收線與地球上已知的任何化學(xué)元素都不匹配。1868年，洛克伊爾猜想這些吸收線是由一種新元素（他根據(jù)希臘太陽(yáng)神赫利俄斯之名，把它命名為“氦”）造成的。25年后，氦在地球上被分離出來(lái)。

大氣層 在一次全日食期間，當(dāng)太陽(yáng)圓盤被月球圓盤擋住時(shí)，太陽(yáng)周圍的大氣層有一部分可見。太陽(yáng)大氣層由4個(gè)不同部分組成：色球?qū)?、過渡層、日冕和日光層（也稱太陽(yáng)風(fēng)層）。太陽(yáng)的溫度最低層從光球?qū)禹斞由斓缴戏酱蠹s500千米，溫度為大約3826℃。太陽(yáng)的這一部分溫度相對(duì)低，因而允許簡(jiǎn)單分子（例如一氧化碳和水分子）存在，通過吸收線可以探測(cè)到這些分子。

太陽(yáng)低溫區(qū)上方是厚度大約為2000千米的色球?qū)樱渲饕庾V特征是發(fā)射和吸收線。之所以叫它色球?qū)?，是因?yàn)樵谔?yáng)全食開始和結(jié)束時(shí)色球?qū)佣硷@示為彩色閃光。色球?qū)訙囟入S著高度增加而上升，在頂部可達(dá)1.973萬(wàn)℃。在色球?qū)由喜?，氦變得部分離子化。

色球?qū)由戏绞呛穸燃s為200千米的過渡層，其溫度從色球?qū)禹敳康拇蠹s1.973萬(wàn)℃陡增到日冕的接近1000萬(wàn)℃。這一溫度增加受助于氦在過渡層的全面離子化，這顯著降低了等離子體的輻射性降溫。過渡層并非出現(xiàn)在一個(gè)可以明確界定的高度。相反，它在色球?qū)又車纬舍槧铙w和絲狀體等光圈特征。對(duì)光譜中超紫外部分敏感的儀器，很容易看見過渡層。

日冕是太陽(yáng)大氣的又一層。日冕和太陽(yáng)風(fēng)的平均溫度是大約100萬(wàn)～200萬(wàn)℃，但在最炙熱區(qū)域是800萬(wàn)～2000萬(wàn)℃。日冕是太陽(yáng)大氣的延伸部分。太陽(yáng)大氣的體積超過被光球?qū)影鼑奶?yáng)部分。從太陽(yáng)向外進(jìn)入星際空間的一股等離子體流，就是太陽(yáng)風(fēng)。

日光層是太陽(yáng)大氣稀薄的最外層，這一層充滿太陽(yáng)風(fēng)等離子體。日光層始于太陽(yáng)風(fēng)流動(dòng)比阿爾芬波速度還快的位置，差不多是20倍太陽(yáng)半徑的地方。湍流和動(dòng)力都不能影響下方的日冕形態(tài)，原因是信息傳播只能以阿爾芬波的速度。太陽(yáng)風(fēng)通過日光層連續(xù)不斷向外傳播，形成螺旋狀太陽(yáng)磁場(chǎng)，遠(yuǎn)至距離太陽(yáng)50天文單位的地方都受它影響。2004年12月，美國(guó)宇航局“旅行者1號(hào)”探測(cè)器經(jīng)過被認(rèn)為是日光層頂?shù)囊粋€(gè)激震前沿。2012年，“旅行者1號(hào)”記錄到宇宙射線碰撞的明顯增加和來(lái)自太陽(yáng)風(fēng)的低能粒子數(shù)量的急劇下降，這暗示“旅行者1號(hào)”已經(jīng)脫離日光層頂，進(jìn)入恒星際空間。

質(zhì)子和中微子

太陽(yáng)核聚變反應(yīng)會(huì)釋放耗能伽馬射線質(zhì)子，但這些質(zhì)子通常只穿行幾毫米距離就被輻射層的等離子體吸收。在隨機(jī)方向會(huì)發(fā)生再發(fā)射，但通常都是低能量的。因?yàn)檫@一系列的發(fā)射和吸收事件，輻射要花很長(zhǎng)時(shí)間才能到達(dá)太陽(yáng)表面。據(jù)估計(jì)，光子穿行時(shí)間在1萬(wàn)～17萬(wàn)年之間。與之相比，中微子（占太陽(yáng)產(chǎn)生的總能量的2%）只需2.3秒就能到達(dá)太陽(yáng)表面。因?yàn)樘?yáng)的能量傳輸過程涉及光子與物質(zhì)的熱動(dòng)力平衡，太陽(yáng)的能量傳輸時(shí)間長(zhǎng)達(dá)3000萬(wàn)年。如果太陽(yáng)核的能量產(chǎn)生速度突然改變，那么經(jīng)過3000萬(wàn)年，太陽(yáng)就恢復(fù)穩(wěn)定狀態(tài)了。如此看來(lái)，太陽(yáng)能量傳輸實(shí)在太慢。endprint

太陽(yáng)核的聚變反應(yīng)也釋放中微子，但與光子不同，中微子很少與物質(zhì)反應(yīng)，所以中微子幾乎能全部都立即逃離太陽(yáng)。許多年來(lái)，太陽(yáng)中微子數(shù)量的測(cè)量值都遠(yuǎn)低于理論預(yù)測(cè)值。這一矛盾隨著中微子震蕩的發(fā)現(xiàn)而在2001年獲解決。原來(lái)，太陽(yáng)釋放的中微子數(shù)量的確符合理論預(yù)測(cè)值，但中微子探測(cè)器沒能探測(cè)到2/3的中微子，這是因?yàn)榈街形⒆颖惶綔y(cè)到時(shí)它們已經(jīng)改變了特征。

小測(cè)驗(yàn)

你了解太陽(yáng)嗎？

有許多人自以為：太陽(yáng)嘛，誰(shuí)不知道呢？直到被陽(yáng)光灼傷皮膚或眼睛，他們才知道太陽(yáng)的厲害，以及自己對(duì)太陽(yáng)的輕視是不行的。太陽(yáng)是一個(gè)令人著迷而又非常復(fù)雜的天體，正是太陽(yáng)這一座巨大的聚變反應(yīng)堆賦予了我們生命。那么，你對(duì)太陽(yáng)了解多少呢？

1 .太陽(yáng)很大，它能裝得下多少個(gè)地球？

A）150萬(wàn)個(gè) B）100萬(wàn)個(gè) C）80萬(wàn)個(gè)

2 .太陽(yáng)誕生至今，已過了多少年？

A）45億年 B）137億年 C）60億年

3 .誰(shuí)在1543年寫了一本書，確立了太陽(yáng)系的日心說模型？

A）哥白尼 B）牛頓 C）伽利略

4 .太陽(yáng)黑子是太陽(yáng)表面比“正?！眳^(qū)域溫度低的區(qū)域。這個(gè)說法對(duì)嗎？

A）對(duì) B）不對(duì)

5 .太陽(yáng)光到達(dá)地球，要經(jīng)過多長(zhǎng)時(shí)間？

A）8秒鐘 B）8分鐘 C）立即到

6 .大約50億年后，太陽(yáng)將發(fā)生什么情況？

A）變成紅巨星 B）像蠟燭一樣熄滅

C）發(fā)生超新星爆發(fā)

7 .太陽(yáng)核心正在發(fā)生什么聚變反應(yīng)？

A）氦轉(zhuǎn)化為鈹 B）氫轉(zhuǎn)化為氦

C）物質(zhì)轉(zhuǎn)化為反物質(zhì)

8 .太陽(yáng)核心溫度有多高？

A）944萬(wàn)℃ B）1500萬(wàn)℃ C）390萬(wàn)℃

9 .有史以來(lái)最強(qiáng)的太陽(yáng)風(fēng)暴發(fā)生于1859年。它被稱作什么？

A）卡林頓事件 B）大鬢角灼燒者

C）普爾曼爆發(fā)

10 .太陽(yáng)外層大氣（即日冕）比太陽(yáng)表面溫度高。這個(gè)說法對(duì)嗎？

A）對(duì) B）不對(duì)endprint