天體物理學導論/太陽

太陽是一顆普通的恆星，誕生於一個被稱為原始星雲的物質雲中，距今已有45億年。它與我們這片被稱為太陽系的空間中的八顆已知行星一同誕生。太陽主要由氫組成，其中包含少量的氦和其他化學元素。它是一個熾熱的等離子體球體，直徑為1,391,785,000公里，比我們的地球大一百多萬倍。它透過一個叫做核聚變的原子過程發光發熱：四個氫原子結合成四個氦原子；太陽釋放出熱量和光，並向太空釋放固體物質。這一切每秒都在發生，我們的太陽在短短的時間內損失了400萬噸物質。太陽中心的溫度為1500萬攝氏度，在它的氣態表面降至6000攝氏度。我們的太陽並非靜止在太空中，實際上它有兩種運動。一種是看似直線運動，以每秒約12公里的速度朝著武仙座方向移動。但由於太陽是銀河系的一部分，而且我們的銀河系圍繞著它自己的中心緩慢旋轉，所以太陽也以每秒175公里的速度作為旋轉的銀河系的一部分運動。

我們的太陽是1000億顆恆星中的一顆，這些恆星構成了我們的銀河系。一些恆星很小很暗淡，而另一些恆星與之相比是超巨星。我們的銀河系形狀像兩個背靠背的煎蛋，是一個明顯的螺旋狀恆星結構。從大小上看，我們的銀河系非常巨大，以每秒300,000公里的光速，從我們最近的恆星——比鄰星——到地球需要4.2年。在這種尺度下，光脈衝需要10萬年才能橫跨我們銀河系，從一端到另一端。

隨著太陽的衰老，它會逐漸膨脹和冷卻；不過，在此之前，太陽會“燃燒”氦或其他更重的元素，因為太陽的核心溫度和密度會越來越高。由於太陽溫度的升高，地球上的生命將無法繼續存在。產生的極度高溫將對地球造成災難性影響：海洋將沸騰，我們所知的生命將終結。早在太陽進入紅巨星階段之前，地球表面將因太陽溫度的升高而變得熔化。據估計，在未來11億年或更長時間內，太陽的亮度將增加10%，在大約65億年後，我們這顆衰老的恆星的亮度將是現在的兩倍。

從現在起80億年後，當太陽真正進入紅巨星階段時，太陽的半徑將延伸到金星的當前軌道之外，導致地球完全毀滅。

我們自己的太陽將繼續發光數代，直到它所有的氫燃料耗盡，然後它的中心區域將收縮，不同的聚變反應將進行補償。然後太陽將膨脹成一顆巨大的紅巨星，吞噬從水星到火星的所有行星（包括地球），並將剩餘氣態巨行星的大氣層蒸發，直到它們也被摧毀。幸運的是，到那時，我們人類將變得技術先進，我們將踏上旅程，在星空中的其他行星上尋找安全的避難所——星際迷航風格。

太陽明亮的表面層被稱為光球層（意思是“光的球體”）。不正確地觀察太陽會導致失明，因為從它的表面釋放出大量的可見光和不可見光。

太陽黑子正如其名。它們出現在太陽圓盤上，如同斑點。一個太陽黑子將有一個非常暗的中心區域，被稱為本影。它通常被一個較暗的光環包圍，被稱為半影。

本影之所以暗是因為它比周圍的太陽表面溫度低（約3,500°C）（約5,500°C）。當太陽繞其軸自轉時，它們看起來會移動穿過太陽。因為太陽本質上是氣態的，就像流體一樣，它不會像剛體那樣旋轉。赤道附近的斑點大約需要25天才能完成一次旋轉。極點附近的斑點，如果有的話，需要一個多月才能完成旋轉。多年來收集的太陽黑子素描表明，太陽黑子存在著11年的週期。在此期間，黑子的數量從最大值到最小值再回到最大值。

太陽黑子的尺寸和數量與地球的天氣也存在著關係。在1645年至1715年的蒙德極小期，沒有觀察到太陽黑子，英國陷入了一個小冰河期。然而，在最近的幾年裡，2003年至2004年，太陽黑子的數量很大，其中一些太陽黑子異常大。這與炎熱的夏季相吻合，被認為是全球變暖的原因之一。

除了熱量和光之外，太陽還會產生太陽風，這是一種以高速向外輻射穿過太陽系的電離粒子流。太陽風的影響之一是它迫使彗星的尾巴指向遠離太陽的方向。

太陽風還會與地球的磁場相互作用，導致極光和其他現象。太陽耀斑——太陽表面的氫氣爆發——也會導致地球磁場的擾亂。

色球層位於光球層之上。太陽能從太陽中心出來，會穿過這個區域。

色球層會產生耀斑和譜斑。譜斑是明亮的發光的氫雲，它們形成於即將形成太陽黑子的區域之上。耀斑是來自太陽黑子區域的明亮的熱氣絲。

太陽黑子是光球層上的黑暗凹陷，典型的溫度為4,000°C。1998年，科學家首次觀察到太陽耀斑在太陽內部產生類似於地震產生的地震波。他們觀察到一個耀斑產生的太陽地震，相當於11.3級地震。它包含了1906年舊金山大地震釋放能量的約40,000倍。

日冕是太陽大氣的外層。在這個區域會出現日珥。日珥是巨大的發光氣體雲，從色球層上層噴發出來。日冕的外層延伸到太空中，由緩慢遠離太陽的粒子組成。日冕只能在日全食期間看到。

日食發生在太陽、地球和月亮排成一線的時候。它們很少見，因為月亮通常會經過連線地球和太陽的假想線的上方或下方。在日食中，月亮直接經過太陽前面。這種情況只可能發生在月亮處於“新月”的時候。這是因為對於地球上的觀察者來說，月亮的背面被照亮，而面向地球的一面處於黑暗中。月亮像任何球體一樣，會投下陰影。日食發生在那個陰影掃過地球的時候。黑色的圓錐體被稱為本影。任何在這個區域內的觀察者都完全處於陰影中。從那裡看不到太陽。

本影周圍是半影。那裡的觀察者會看到一部分太陽，但不是全部。在這些區域之外，太陽是完全可見的。請注意，本影的尖端幾乎觸碰不到地球。目前，月亮相對於太陽的位置使得月亮的大小是太陽的1/400，而距離是太陽的400倍！這意味著這兩個天體在天空中的大小看起來是一樣的。只有在本影圓錐體尖端的觀察者才能看到日全食。如果地球上的大量觀察者位於半影中，他們將看到日偏食。

日環食是一種特殊的日偏食。由於月亮繞地球執行的軌道是橢圓形，而不是圓形，因此月亮與地球的距離會發生變化。當月亮離地球很遠的時候，它在天空中看起來會略小。（地球繞太陽執行的軌道也是橢圓形，在1月份，地球離太陽最近。太陽的大小略大於一年中的其他時間。）當月亮“小”而太陽“大”時，月亮不會完全遮擋住太陽。本影不會觸碰地球。觀察者必須在地球表面之上才能看到日全食。對於位於正確位置的個人來說，太陽看起來就像一個環（環狀）繞著月亮的輪廓。

月食發生在月亮進入地球的陰影的時候。它們只能發生在月亮處於“滿月”的時候。地球夜側的觀察者會看到月亮進入地球的本影時，呈現出紅色。如果整個月球圓盤都進入本影，那就是月全食。如果只有一部分進入，那就是月偏食。

半影月食很難檢測到，因為月亮在穿過該區域時，亮度只會略微變暗。月食比日食更常見。太陽和月亮的日全食在全食之前和之後是偏食。

離開我們太陽系中心的太陽，我們到達最近的行星——水星，而總共有八顆已知的行星，包括地球。行星是一個巨大的天體，圍繞著一顆恆星執行。行星本身沒有光，因此只能透過反射星光（在我們這裡，是太陽光從其表面反射）才能看到。