高中地球科學/太陽

想想地球、月球和我們太陽系中的所有其他行星。想想所有這些天體加在一起的質量。然而，加在一起，它們只佔太陽系總質量的 0.2%。太陽佔了太陽系中剩餘 99.8% 的質量（圖 24.17）！太陽是太陽系的中心，也是太陽系中最大的天體。我們的太陽是一顆恆星，它提供光和熱，支援著地球上幾乎所有的生命。

在本課中，您將瞭解太陽的特徵。我們將討論太陽的組成、它的大氣和一些表面特徵。

課程目標

描述太陽的層級。
描述太陽的表面特徵。

太陽的層級

太陽是一個球體，但不像地球和月球，它不是固體。太陽中的大多數原子以等離子體的形式存在，或者說以一種由超高溫氣體組成的物質的第四種狀態，這種氣體帶有電荷。我們的太陽幾乎完全由氫和氦元素組成。因為太陽不是固體，它沒有明確的外邊界。但是，它確實具有明確的內部結構。太陽有幾個可識別的層級。

核心是太陽最裡面或最中心的層級。核心是等離子體，但它的運動類似於氣體。它的溫度約為 2700 萬攝氏度。在核心，核反應將氫原子結合在一起形成氦，在這個過程中釋放出大量的能量。釋放的能量隨後開始向外移動，朝向太陽的外層。

輻射層位於核心之外，溫度約為 700 萬攝氏度。核心釋放的能量極其緩慢地穿過輻射層。被稱為光子的光粒子只能傳播幾毫米，然後就會撞擊太陽中的另一個粒子，被吸收並再次釋放。光子可能需要長達 5000 萬年的時間才能穿過輻射層。

對流層包圍著輻射層。在對流層，來自太陽中心附近的熱物質上升，在表面冷卻，然後向下傾斜，從輻射層獲得更多熱量。這種運動有助於產生太陽耀斑和太陽黑子，我們將在稍後詳細瞭解它們。前三個層級構成了我們實際上所說的“太陽”。接下來的三個層級構成了太陽的大氣層。當然，太陽的任何部分都沒有固體層級，所以這些邊界是模糊和不明顯的。

太陽的“大氣”

光球層是太陽的可見表面（圖 24.18）。這是太陽發射陽光的區域。它也是太陽最冷的層級之一——只有大約 6700°C。觀察太陽表面的照片，您可以看到它有幾種不同的顏色；橙色、黃色和紅色，使它呈現出顆粒狀的外觀。當我們快速瞥一眼太陽時，我們看不到這一點。我們的眼睛無法那麼快地聚焦，而且太陽太亮了，我們無法長時間直視它。長時間直視太陽會導致失明，所以不要嘗試！陽光從太陽的光球層發射出來。從太陽傳播到地球的光線中只有一小部分到達地球。它以一系列波長的光線傳播，包括可見光、紫外線和紅外輻射。可見光是我們用眼睛可以看到的所有光。我們無法看到紫外線和紅外線，但它們的效應仍然可以被檢測到。例如，當你在太陽下呆太長時間時，紫外線輻射會導致曬傷。

色球層是位於光球層之上、約 2000 公里厚的區域。色球層是太陽大氣層中一個薄薄的區域，因為它被光球層發出的能量加熱而發出紅色光芒。色球層的溫度範圍約為 4000°C 到 10000°C。氣體噴射以高達每小時 72000 公里的速度穿過色球層，到達高達 10000 公里的高度。

日冕是太陽的最外層，也是其大氣層的最外層。它是太陽的光環或“冠冕”。它的溫度為 2 到 500 萬攝氏度，遠高於太陽的可見表面或光球層。日冕延伸到太空數百萬公里。如果你有機會看到日全食，你就可以看到太陽的日冕，它在太空中閃耀。

在太陽的核心，核聚變反應透過將氫轉化為氦來產生能量。聚變是一個原子核結合在一起形成較重的化學元素的過程。太陽核心的聚變反應產生能量，我們將其體驗為熱量和光線。太陽的其餘部分則由熱能從核心向外移動而加熱。來自太陽的光能從光球層發射出來。它在太空中傳播，其中一部分到達地球。太陽是地球上幾乎所有能量的來源，陽光為光合作用提供動力，同時也溫暖和照亮著我們的地球。

太陽的表面特徵

太陽最明顯的表面特徵是存在太陽黑子，它是太陽表面上較冷、較暗的區域（圖 24.19）。太陽黑子只能用特殊的濾光鏡才能看到。它們表現出強烈的磁活動。這些區域之所以更冷、更暗，是因為太陽磁場的環路穿透表面，擾亂了從下層到上層的熱量平穩傳遞。太陽黑子通常成對出現。當太陽磁場的環路穿透表面時，它通常會在它出來的位置和它回到的地方都產生一個太陽黑子。太陽黑子通常以 11 年的週期出現，從太陽黑子的數量最少開始，增加到太陽黑子的數量最多，然後逐漸減少到太陽黑子的數量再次最少。

如果太陽磁場的環路斷裂，它就會產生太陽耀斑，太陽耀斑是劇烈的爆炸，釋放出大量的能量（圖 24.20）。它們釋放出組成太陽風的、高能粒子流。太陽風對航天器和宇航員來說可能是危險的。它發出大量的輻射，會損害人體。太陽耀斑曾造成整個電網癱瘓，並可能擾亂無線電、衛星和手機通訊。

太陽上另一個非常明顯的特徵是太陽耀斑。如果等離子體沿著太陽磁場的環路從一個太陽黑子流向另一個太陽黑子，它就會形成一個發光的拱門，延伸到太陽大氣層中數千公里。耀斑可以持續一到幾個月。耀斑在日全食期間也是可見的。

太陽帶電粒子產生的一個美麗而神秘的效應是極光，它形成於地球大氣層高處的極地地區。地球大氣層中的氣體受到太陽風的帶電粒子的激發而發出光，產生光幕，在你觀看時彎曲和變化。

課程總結

太陽的質量非常巨大。它佔我們太陽系質量的 99.8%。
太陽主要由氫組成，還有少量的氦，以等離子體的形式存在。
太陽的主要部分有三個層級：核心、輻射層和對流層。
太陽的大氣層也有三個層級：光球層、色球層和日冕。
太陽核心中的氫核聚變產生巨大的能量，這些能量從太陽輻射出來。
太陽表面的一些特徵包括太陽黑子、太陽耀斑和耀斑。

複習題

太陽以何種方式支援地球上的所有生命？
太陽幾乎完全由哪兩種元素組成？
哪個過程是太陽熱量的來源，它發生在哪裡？
一些科學家希望計劃一次載人前往火星的旅行。阻礙我們實現這一目標的因素之一是太陽風。為什麼我們要擔心太陽風？
描述對流層中的運動如何導致太陽耀斑。
你認為太陽核心的聚變反應會永遠持續下去嗎？解釋你的答案。

詞彙

色球層: 太陽大氣中位於光球層正上方的一層薄層；發出紅色光芒。
對流層: 包圍輻射層的太陽層；能量以流動的氣體細胞的形式移動。
核心: 太陽最內層或中心層。
日冕: 太陽的最外層；一種延伸到太空數百萬公里的等離子體。
核聚變: 原子核融合在一起形成新的、更重的化學元素；在這個過程中會釋放出巨大的核能。
光球層: 我們看到的太陽層；太陽的可見表面。
光合作用: 綠色植物將陽光轉化為能量的過程。
等離子體: 一種高能、高溫物質形式。電子從原子中移除，使每個原子帶電。
輻射: 電磁能；光子。
輻射層: 緊鄰太陽核心的太陽層；能量以電磁波的形式逐個原子地移動。
太陽耀斑: 太陽表面發生的一次猛烈爆炸。
太陽風: 太陽耀斑發出的輻射流。太陽風延伸到太空數百萬公里，甚至可以到達地球。
太陽黑子: 太陽表面溫度比周圍區域低的較冷、較暗的區域；太陽黑子通常成對出現。

注意事項

如果有什麼東西突然導致太陽的核聚變停止，我們怎麼知道呢？
太陽中是否有任何型別的危險能量？它們可能影響什麼？
如果太陽完全由氫和氦等氣體組成，它怎麼可能有層級呢？

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