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在某一个时刻,您是否想过,每天抬头望天能够看到的那颗太阳,它离我们到底有多远?它到底有多大?它是由什么物质组成的?可以去太阳上旅游吗?还记得当年为日心说奋斗终生的布鲁诺和哥白尼么?

太阳,这个太阳系的绝对灵魂和中坚力量,它身上还有何等神秘的色彩?

今天,我们就继续说太阳系,详细地讲述一下太阳系最为核心的天体,太阳。

·太阳的尺寸与质量

首先必须要肯定,根据现有科学认知,太阳大概率是太阳系中唯一的一颗恒心。关于疑似存在的太阳伴星复仇女神的内容,请大家移步《话说太阳系(1)-太阳系概述》中,有较为详细的描述。

根据现有的科学判断,太阳几乎是一个完美的理想球体,其呈现完美理想球体的最主要原因是其内部是热等离子和磁场交织。它的直径大约是1392000公里。这个数据可能大家没有什么概念,和地球比较一下吧,地球的平均直径大约为12735公里,所以太阳直径是地球直径的109.3倍。

如果省愚没有记错的话,初中数学的课本上会讲到球体体积的计算公式,几十年过去了,这个公式现在某些地方小学数学就在讲解了,不知道各位是否还记得

V=(4/3)*πR3

所以我们把太阳和地球都等效为完美球体的情况下,太阳的体积是地球的1305751倍,差不多可以理解为一个太阳可以装下一百三十多万个地球,这实在是大到无法想象。

那么太阳这么大,它到底有多重呢?它的质量大约是2×1030千克,是不是又没有什么概念了,好的,我们还是拿它和地球作比较,地球的质量是5.97×1024千克,所以太阳的质量是地球质量的333000倍。

太阳的质量约占整个太阳系总质量的99.86%,这是一件细思极恐的事情。换言之,太阳系内除太阳之外的所有的物质加起来,只占太阳系总质量的0.14%。而且这个0.14%大部分还是由巨大的木星所贡献的。

我们稍微把目光放长远一点,也能看出一个问题,太阳的体积是地球的130万倍,质量仅仅是地球的30万倍,所以太阳的密度就比地球小很多吗?是的,的确小很多,因为,太阳,它根本就是个气球!

·太阳其实是个气球

什么?太阳是个气球?开玩笑的吧?

并没有开玩笑,太阳的确可以算是一个气球,太阳质量的73%是元素H,25%是元素He,这两个元素周期表内排名第一和第二的两大元素,占据太阳质量超过98%。剩下的不足2%的质量来自于元素C,O,Ne,Fe以及其他微量的重元素。

所以主要以H与He组成的太阳,它就是一个氢气球。

对了,这里顺便问大家一个问题,大家知道现在市面上卖的孩子们玩的氢气球都是充的什么气体么?氢气?显然不是,氢气很危险的,也贵。以前省愚儿时生活的九十年代前中期,那时候卖的所谓的氢气球里面充的是天然气,天然气主要成分是甲烷,分子量16,小于空气基本上也能飘着。但是天然气本身也不安全,所以现在孩子们玩的所谓的氢气球,良心商家会充氦气,这也是这个气球比较贵的原因,当然,也有充天然气的,如果您能够确认充的天然气,不妨找找有关部门关注一下此事。

当然,如果您家里有孩子,他吵着想玩氢气球,您可以把本文讲给孩子听,并告诉他,好好学习,将来去拥抱太阳吧,它才是最好玩的氢气球。

这时候您或许要说,“拥抱太阳岂不得很烫啊?”是的,但是科技发展到一定的阶段,人类拥抱太阳或者直接从太阳获取能量,仿佛也不是不可能发生的事。

·太阳的核心

根据现有科学知识探测表明,太阳表面的温度为5800K,这个K读作开尔文,没记错的话,是初二物理讲述的知识,热力学温度的单位,与我们常用的摄氏度的换算关系为(摄氏度+273.15=热力学温度)。所以,5800K,大约等于5430℃。

在我们人类目前的科学水平来看,不管是5800℃还是5430℃,仿佛区别都不是很大,基本上都是瞬间灰飞烟灭的节奏。所以,问题来了,为什么太阳表面的温度这么高呢?因为,太阳的核心,温度更高。我们详细说说太阳的核心。

太阳核心被认为是由中心点至最远0.25倍太阳半径的区域,是太阳系内温度最高的地方。它的密度高达150000 kg/m³(是地球上水的密度的150倍),温度则为15000000K,数字0太多或许没什么概念了,温度多高呢?一千五百万开尔文!实在是毫不夸张的天文数字。

另一方面,太阳核心也是太阳能量的主要来源,太阳的能量主要来自将H融合为He时的核聚变反应。

核心是太阳内部唯一能经由核聚变产生能量的地方,以阳光的形式释放出热,从核心向外传输的能量加热了太阳其余的部分。所有经由核聚变产生的能量在太阳内部必须多次游遍各个层次之后,才能以阳光或微粒的动能形式逃离太阳。

·辐射层、差旋层与对流层

说完太阳的核心,我们就给太阳简单做一个剖面的解读。核心外面是什么?

从大约0.25至0.7太阳半径处,太阳物质是热且稠密的,只能以热辐射将核心的炙热向外转移,这一个层级,我们将其称为辐射层。同时随着与中心距离的增加,温度也从7000000K降至2000000K,通俗点说,从七百万度降到了两百万度,太阳在这里做出了巨大的牺牲。

而从0.7太阳半径向外至太阳表面,这个部分我们称之为对流层。在这个层级,热柱携带热物质产生热对流,以至于太阳表面温度降到5700K。

而辐射层与对流层之间的过渡带,我们称之为差旋层。

·光球与大气层

光球有一个较为科学的定义,所谓光球,是天体外层对普通的光线透明,光子的平均散射次数小于1的区域。这么解释起来,枯燥乏味。换个角度说,光球,就是您抬头望天所看到的的太阳散发出阳光的区域,或者说,光球是人类实际能够看到的太阳的圆面。

光球本身,也是太阳大气层的一部分,属于太阳大气层最内部的区域。那么问题来了,太阳的光球层有多厚呢?大约500公里。

而太阳光球以上的部分统称为太阳大气层。

太阳大气层,分为5个主要的部分:温度极小区、色球、过渡区、日冕和太阳圈。我们一个个讲述。

1. 温度极小区。大约在光球上方500 公里,温度大约是4100 K。这一部分的温度低到可以维持简单的分子。

2. 色球。在温度极小区之上,厚度大约2000 公里,因为在日全食的开始和结束时可以看见彩色的闪光,因此称为色球。这里多说两句,古人确实厉害,日全食还能观测这个。

3. 在色球之上,是一层厚度大约只有200公里的过渡区,温度从色球顶端大约20000K上升至接近1000000K的日冕温度。温度跨越式增长,又到了百万数量级。

4. 过渡区再往上,便是日冕。日冕是太阳向外扩展的大气层,它的体积比太阳本身大了许多。不断扩展的日冕在太空中形成太阳风,充满了整个的太阳系。

5. 日冕再往上,就是所谓的太阳圈。太阳圈的范围大到无法想象,从0.1个AU到柯伊伯带之外的距离,都是太阳圈的范围。

所以,太阳的大气层实际上在一个遥不可及的距离内野蛮放肆地循环往复,你我其实都在生活在太阳的大气层之内。换句话说,广义的认为,我们都生活在太阳上,这句话似乎也没错。

·日心说与地心说

大概在1800年前,地心说被体系化了。地心说认为,在宇宙中心有地球,包含太阳在内全部的天体都绕地球公转。这个说法一直被沿用了一千多年,人们对此深信不疑。

15世纪,波兰天文学家哥白尼的出现,改变了这一切。哥白尼提出日心说,认为太阳才是宇宙的中心,包括地球在内的所有天体都在围绕着太阳运转。1543年哥白尼临终前发表了《天体运行论》提到这一观点,不久后便去世,至此哥白尼没有因为发表日心说而受到教会的审判。

而那位叫做布鲁诺的天文学家就没有这么好运了。生活在16世纪的布鲁诺,在《论无限、宇宙和诸世界》这本书当中,首次提出宇宙无限的思想,认为宇宙是统一的、物质的、无限的和永恒的,在太阳系以后还有无以数计的天体世界。所以,太阳甚至都不是宇宙的中心,以太阳为首的太阳系只是无限宇宙中很小的一部分。这可是在400多年前的16世纪。而布鲁诺的进步思想为他带来的是1600年2月17日,罗马鲜花广场上的一场火刑,天主教宗教法庭控以“异端邪说”罪,伴着一场大火,夺走了他52岁的生命。

当然,我们现在知道布鲁诺是正确的,他甚至纠正了哥白尼的一些错误,科学的发展也是有人流血牺牲的,让我们记住他们的名字。哦,对了,还有一个人也在用一生诠释地球并非宇宙中心,他叫伽利略。

·太阳的化学构造

插播了一小段日心说与地心说的内容,缓解一下各种物理化学知识叠加造成的情感认知障碍之后,我们接着说太阳。

前文提到,太阳大部分是H与He组成。质量计算它们在太阳光球中分别占H 74.9%和He 23.8%。所有的重元素,只占不到总质量的2%,含量最丰富的是O(大约占太阳质量的1%)、C(0.3%)、Ne(0.2%)、和Fe(0.2%)

·太阳黑子周期

当使用适当的过滤观察太阳时,通常最能立刻看见的特征就是太阳黑子,因为那是温度较低而明确出现比周围黑暗的区域。这里说个很玄乎的内容,甲骨文中,“日”字写作下图:

中间这一点是什么?人们认为是“太阳黑子”,没错,商朝时候的国人知道太阳黑子的存在,您说玄不玄乎。

在太阳上可以看见的太阳黑子数量并不是固定的,它以平均约11年的周期变化,形成所知的太阳周期。当太阳黑子周期进展时,太阳黑子的数量会增加。太阳黑子显著变化会给人们带来什么呢?那就众说纷纭了,有说辐射变化,有说地震影响,各种说法都有。透露一下,明年,也就是2023年,太阳黑子数量增加的周期年,会发生什么呢?让我们,拭目以待吧。

·太阳拉着大伙一起转

太阳实际上也不是恒定不动的。太阳拉着太阳系里所有的小兄弟们,在距离银河系中心24000至26000光年的距离上绕着银河系中心公转。

从银河系的北极俯视,太阳系沿顺时针轨道运行,大约2.25亿至2.5亿年绕行一周。怎么说,“天文数字”之所以叫这个名字,那它是真的大。

以上便是话说银河系-太阳的内容,感谢大家的观看,我们收拾收拾心情,继续出发,下一辑,讲述距离太阳最近的行星-水星。