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光球層成分
氫 73.46 %
氦 24.85 %
氧 0.77 %
碳 0.29 %
鐵 0.16 %
氖 0.12 %
氮 0.09 %
矽 0.07 %
鎂 0.05 %
硫 0.04 %
太陽是一個主序星,光譜類型為G2V,G2表明它的溫度不高,只在5,500K左右,V代表是主序星,體積也不會太大。G2V恒星具有大約100億年的主序星壽命,通過核子宇宙年代學測定,太陽年齡大約50億年。
在太陽中心,密度為1.5×105kg/m3,熱核反應(核聚變)將氫轉變為氦。每秒鐘有3.9×1045個原子參與核反應。產生的能量以光的形式從太陽表面散發出去。而地球只獲得了太陽總輻射量的22億分之一,為1367瓦/平方公尺(太陽常數)。物理學家可以通過氫彈製造熱核反應。可控核聚變發電站在將來可能成為產生電能的一種方式。
由於溫度高,太陽上的所有物質都處於等離子態,由於太陽不是固體,因此太陽的赤道可以比高緯度地區旋轉得更快。太陽不同緯度的自轉差別造成了它的磁力線隨時間扭曲,引起磁場回路(magnetic field loops)從太陽表面噴發,並引發形成太陽黑子和日珥。
在非常接近太陽中心的地區,溫度大約在15,000,000K,密度大約是150g/cc(大約十倍於金或鉛的密度)。當由中心向太陽表面移動時,溫度和密度同時都會降低。核心邊緣的溫度只有中心的一半,約為7,000,000K,同時密度也降至大約20g/cc(與黃金的密度近似)。由於核反應對溫度和密度非常敏感,核聚變在核心的邊緣幾乎完全停止。 在太陽的中心,密度高達150,000 Kg/m3 (是地球上水的密度的150倍),熱核反應 (核聚變) 將 氫 變成氦,釋放出的能量使太陽保持穩定的狀態。 每秒鐘大約有 8.9 ×1037 質子,也就是426公噸氫原子核經由質-能轉換變成氦原子核,每秒鐘釋放出383 ×1024 W 或相當於 9.15 ×1010 百萬噸的TNT 爆炸。核聚變的速率在自我修正下保持平衡:溫度只要略微上升,核心就會膨脹,增加抵擋外圍重量的力量,這會造成核聚變的擾動而修正反應速率;溫度略微下降,核心就會收縮一些,使核聚變的速率提高,使溫度能回復。
由中心至0.2太陽半徑的距離是核心的範圍,是太陽內唯一能進行核聚變釋放出能量的場所。太陽其餘的部份則被這些能量加熱,並將能量向外傳送,途中要經過許多相連的層次,才能到達表面的光球層,然後進入太空之中。
高能量的光子 (γ和X-射線)由核聚變從核心釋放出來後,要經過漫長的時間才能到達表面,緩慢的速度和不斷改變方向的路徑,還有反覆的吸收和再輻射,使到達外圍的光子能量都降低了。估計每個光子抵達表面的旅程平均需要花費5,000萬年的時間[1] ,最快的也要經歷17,000年[2] 。在穿過對流層到達旅程的終點,進入透明的表面光球層時,光子就以可見光的型態逃逸進入太空。每一個在核心的γ射線光子在進入太空前,都已經轉化成數百萬個可見光的光子。微中子也是在核心的核聚變時被釋放出來的,但是與光子不同的是他不會與其他的物質作用,因此幾乎是立刻就由太陽表面逃逸出來。多年來,測量來自太陽的微中子數量都低於理論的數值,因而產生了太陽微中子的迷思,直到我們對微中子有了更多的認識,才以微中子震盪解開了這個謎題。 |
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