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在某一個時刻,您是否想過,每天擡頭望天能夠看到的那顆太陽,它離我們到底有多遠?它到底有多大?它是由什麼物質組成的?可以去太陽上旅遊嗎?還記得當年為日心說奮鬥終生的布魯諾和哥白尼麼?
太陽,這顆太陽系的絕對靈魂和中堅力量,它身上還有何等神秘的色彩?
今天,我們就繼續說太陽系,詳細地講述一下太陽系最為核心的天體,太陽。
浩瀚,宏大,熾熱
·太陽的尺寸與質量
首先必須要肯定,根據現有科學認知,太陽大概率是太陽系中唯一的一顆恒心。關于疑似存在的太陽伴星複仇女神的内容,請大家移步《話說太陽系(1)-太陽系概述》中,有較為詳細的描述。
根據現有的科學判斷,太陽幾乎是一個完美的理想球體,其呈現完美理想球體的最主要原因是其内部是熱等離子和磁場交織。它的直徑大約是1392000公裡。這個數據可能大家沒有什麼概念,和地球比較一下吧,地球的平均直徑大約為12735公裡,所以太陽直徑是地球直徑的109.3倍。
如果省愚沒有記錯的話,初中數學的課本上會講到球體體積的計算公式,幾十年過去了,這個公式現在某些地方小學數學就在講解了,不知道各位是否還記得
V=(4/3)*πR3
所以我們把太陽和地球都等效為完美球體的情況下,太陽的體積是地球的1305751倍,差不多可以理解為一個太陽可以裝下一百三十多萬個地球,這實在是大到無法想象。
那麼太陽這麼大,它到底有多重呢?它的質量大約是2×1030千克,是不是又沒有什麼概念了,好的,我們還是拿它和地球作比較,地球的質量是5.97×1024千克,所以太陽的質量是地球質量的333000倍。
太陽的質量約占整個太陽系總質量的99.86%,這是一件細思極恐的事情。換言之,太陽系内除太陽之外的所有的物質加起來,隻占太陽系總質量的0.14%。而且這個0.14%大部分還是由巨大的木星所貢獻的。
我們稍微目光放長遠一點,也能看出一個問題,太陽的體積是地球的130萬倍,質量僅僅是地球的30萬倍,所以太陽的密度就比地球小很多嗎?是的,的确小很多,因為,太陽,它根本就是個氣球!
·太陽其實是個氣球
什麼?太陽是個氣球?開玩笑的吧?
并沒有開玩笑,太陽的确可以算是一個氣球,太陽質量的73%是元素H,25%是元素He,這兩個元素周期表内排名第一和第二的兩大元素,占據太陽質量超過98%。剩下的不足2%的質量來自于元素C,O,Ne,Fe以及其他微量的重元素。
所以主要以H與He組成的太陽,它就是一個氫氣球。
對了,這裡順便問大家一個問題,大家知道現在市面上賣的孩子們玩的氫氣球都是充的什麼氣體麼?氫氣?顯然不是,氫氣很危險的,也貴。以前省愚兒時生活的九十年代前中期,那時候賣的所謂的氫氣球裡面充的是天然氣,天然氣主要成分是甲烷,分子量16,小于空氣基本上也能飄着。但是天然氣本身也不安全,所以現在孩子們玩的所謂的氫氣球,良心商家會充氦氣,這也是這個氣球比較貴的原因,當然,也有充天然氣的,如果您能夠确認充的天然氣,不妨找找有關部門關注一下此事。
當然,如果您家裡有孩子,他吵着想玩氫氣球,您可以把本文講給孩子聽,并告訴他,好好學習,将來去擁抱太陽吧,它才是最好玩的氫氣球。
這時候您或許要說,“擁抱太陽豈不得很燙啊?”是的,但是科技發展到一定的階段,人類擁抱太陽或者直接從太陽獲取能量,仿佛也不是不可能發生的事。
·太陽的核心
根據現有科學知識探測表明,太陽表面的溫度為5800K,這個K讀作開爾文,沒記錯的話,是初二物理講述的知識,熱力學溫度的單位,與我們常用的攝氏度的換算關系為(攝氏度 273.15=熱力學溫度)。所以,5800K,大約等于5430℃。
在我們人類目前的科學水平來看,不管是5800℃還是5430℃,仿佛區别都不是很大,基本上都是瞬間灰飛煙滅的節奏。所以,問題來了,為什麼太陽表面的溫度這麼高呢?因為,太陽的核心,溫度更高。我們詳細說說太陽的核心。
日全食的時候,可以看到日冕的光輝
太陽核心被認為是由中心點至最遠0.25倍太陽半徑的區域,是太陽系内溫度最高的地方。它的密度高達150000 kg/m³(是地球上水的密度的150倍),溫度則為15000000K,數字0太多或許沒什麼概念了,溫度多高呢?一千五百萬開爾文!實在是毫不誇張的天文數字。
另一方面,太陽核心也是太陽能量的主要來源,太陽的能量主要來自将H融合為He時的核聚變反應。
核心是太陽内部唯一能經由核聚變産生能量的地方,以陽光的形式釋放出熱,從核心向外傳輸的能量加熱了太陽其餘的部分。所有經由核聚變産生的能量在太陽内部必須多次遊遍各個層次之後,才能以陽光或微粒的動能形式逃離太陽。
·輻射層、差旋層與對流層
說完太陽的核心,我們就給太陽簡單做一個剖面的解讀。核心外面是什麼?
從大約0.25至0.7太陽半徑處,太陽物質是熱且稠密的,隻能以熱輻射将核心的炙熱向外轉移,這一個層級,我們将其稱為輻射層。同時随着與中心距離的增加,溫度也從7000000K降至2000000K,通俗點說,從七百萬度降到了兩百萬度,太陽在這裡做出了巨大的犧牲。
而從0.7太陽半徑向外至太陽表面,這個部分我們稱之為對流層。在這個層級,熱柱攜帶熱物質産生熱對流,以至于太陽表面溫度降到5700K。
形象剖析太陽
而輻射層與對流層之間的過渡帶,我們稱之為差旋層。
·光球與大氣層
光球有一個較為科學的定義,所謂光球,是天體外層對普通的光線透明,光子的平均散射次數小于1的區域。這麼解釋起來,枯燥乏味。換個角度說,光球,就是您擡頭望天所看到的的太陽散發出陽光的區域,或者說,光球是人類實際能夠看到的太陽的圓面。
光球本身,也是太陽大氣層的一部分,屬于太陽大氣層最内部的區域。那麼問題來了,太陽的光球層有多厚呢?大約500公裡。
而太陽光球以上的部分統稱為太陽大氣層。
太陽大氣層,分為5個主要的部分:溫度極小區、色球、過渡區、日冕和太陽圈。我們一個個講述。
1. 溫度極小區。大約在光球上方500 公裡,溫度大約是4100 K。這一部分的溫度低到可以維持簡單的分子。
2. 色球。在溫度極小區之上,厚度大約2000 公裡,因為在日全食的開始和結束時可以看見彩色的閃光,因此稱為色球。這裡多說兩句,古人确實厲害,日全食還能觀測這個。
3. 在色球之上,是一層厚度大約隻有200公裡的過渡區,溫度從色球頂端大約20000K上升至接近1000000K的日冕溫度。溫度跨越式增長,又到了百萬數量級。
4. 過渡區再往上,便是日冕。日冕是太陽向外擴展的大氣層,它的體積比太陽本身大了許多。不斷擴展的日冕在太空中形成太陽風,充滿了整個的太陽系。
5. 日冕再往上,就是所謂的太陽圈。太陽圈的範圍打倒無法想象,從0.1個AU到柯伊伯帶之外的距離,都是太陽圈的範圍。
所以,太陽的大氣層實際上在一個遙不可及的距離内野蠻放肆地循環往複,你我其實都在生活在太陽的大氣層之内。換句話說,廣義的認為,我們都生活在太陽上,這句話似乎也沒錯。
·日心說與地心說
大概在1800年前,地心說被體系化了。地心說認為,在宇宙中心有地球,包含太陽在内全部的天體都繞地球公轉。這個說法一直被沿用了一千多年,人們對此深信不疑。
15世紀,波蘭天文學家哥白尼的出現,改變了這一切。哥白尼提出日心說,認為太陽才是宇宙的中心,包括地球在内的所有天體都在圍繞着太陽運轉。1543年哥白尼臨終前發表了《天體運行論》提到這一觀點,不久後便去世,至此哥白尼沒有因為發表日心說而受到教會的審判。
而那位叫做布魯諾的天文學家就沒有這麼好運了。生活在16世紀的布魯諾,在《論無限、宇宙和諸世界》這本書當中,首次提出宇宙無限的思想,認為宇宙是統一的、物質的、無限的和永恒的,在太陽系以後還有無以數計的天體世界。所以,太陽甚至都不是宇宙的中心,以太陽為首的太陽系隻是無限宇宙中很小的一部分。這可是在400多年前的16世紀。而布魯諾的進步思想為他帶來的是1600年2月17日,羅馬鮮花廣場上的一場火刑,天主教宗教法庭控以“異端邪說”罪,伴着一場大火,奪走了他52歲的生命。
當然,我們現在知道布魯諾是正确的,他甚至糾正了哥白尼的一些錯誤,科學的發展也是有人流血犧牲的,讓我們記住他們的名字。哦,對了,還有一個人也在用一生诠釋地球并非宇宙中心,他叫伽利略。
·太陽的化學構造
插播了一小段日心說與地心說的内容,緩解一下各種物理化學知識疊加造成的情感認知障礙之後,我們接着說太陽。
前文提到,太陽大部分是H與He組成。質量計算它們在太陽光球中分别占H 74.9%和He 23.8%。所有的重元素,隻占不到總質量的2%,含量最豐富的是O(大約占太陽質量的1%)、C(0.3%)、Ne(0.2%)、和Fe(0.2%)。
·太陽黑子周期
當使用适當的過濾觀察太陽時,通常最能立刻看見的特征就是太陽黑子,因為那是溫度較低而明确出現比周圍黑暗的區域。這裡說個很玄乎的内容,甲骨文中,“日”字寫作下圖:
中間這一點是什麼?人們認為是“太陽黑子”,沒錯,商朝時候的國人知道太陽黑子的存在,您說玄不玄乎。
在太陽上可以看見的太陽黑子數量并不是固定的,它以平均約11年的周期變化,形成所知的太陽周期。當太陽黑子周期進展時,太陽黑子的數量會增加。太陽黑子顯著變化會給人們帶來什麼呢?那就衆說紛纭了,有說輻射變化,有說地震影響,各種說法都有。透露一下,明年,也就是2023年,太陽黑子數量增加的周期年,會發生什麼呢?讓我們,拭目以待吧。
·太陽拉着大夥一起轉
太陽實際上也不是恒定不動的。太陽拉着太陽系裡所有的小兄弟們,在距離銀河系中心24000至26000光年的距離上繞着銀河系中心公轉。
從銀河系的北極俯視,太陽系沿順時針軌道運行,大約2.25億至2.5億年繞行一周。怎麼說,“天文數字”之所以叫這個名字,那它是真的大。
以上便是話說銀河系-太陽的内容,感謝大家的觀看,我們收拾收拾心情,繼續出發,下一輯,講述距離太陽最近的行星-水星。
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