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天文学基础论文——太阳

来源:学术堂 作者:周老师
发布于:2016-09-22 共3313字
  天文学是人类运用所掌握的最新的物理学、化学、数学等知识以及最尖端的科学技术手段,对宇宙中的恒星、行星、星系以及其它像黑洞等天文现象进行专业研究的一门科学。它是一门基础学科,也是一门集人类智慧之大成的综合系统。天文学往往引起人们神秘莫测的感觉,他研究的大都是遥不可及的东西,不能用尺量,不能用称约,更不能改变它的条件。只能远远的看着,有关他的知识全靠人们依据观测推理取得。我们每天都能看见太阳,但是有多少人了解它呢,下面让我来揭示太阳的奥秘。
  
  一﹑太阳的定义
  
  太阳是距离地球最近的恒星,是太阳系的中心天体。太阳系质量的99.87%都集中在太阳。太阳系中的八大行星、小行星、流星、彗星、外海王星天体以及星际尘埃等,都围绕着太阳运行(公转)。
  
  二﹑太阳的概念
  
  在茫茫宇宙中,太阳只是一颗非常普通的恒星,在广袤浩瀚的繁星世界里,太阳的亮度、大小和物质密度都处于中等水平。只是因为它离地球较近,所以看上去是天空中最大最亮的天体。其它太阳系外恒星离我们都非常遥远,即使是最近的恒星,也比太阳远27万倍,看上去只是一个闪烁的光点。太阳是位于太阳系中心的恒星,太阳质量的大约四分之三是氢,剩下的几乎都是氦,包括氧、碳、氖、铁和其他的重元素质量少于2%.地球围绕太阳公转的轨道是椭圆形的,每年7月离太阳最远(称为远日点),1月最近(称为近日点),平均距离是1亿4960万公里(天文学上称这个距离为1天文单位)。
  
  以平均距离算,光从太阳到地球大约需要经过8分19秒。太阳光中的能量通过光合作用等方式支持着地球上所有生物的生长,也支配了地球的气候和天气。太阳圆面在天空的角直径为32角分,与从地球所见的月球的角直径很接近,是一个奇妙的巧合(太阳直径约为月球的400倍而离我们的距离恰是地月距离的400倍),使日食看起来特别壮观。由于太阳比其他恒星离我们近得多,其视星等达到-26.8,成为地球上看到最明亮的天体。太阳每25.4天自转一周,每2亿年绕银河系中心公转一周。太阳因自转而呈轻微扁平状,与完美球形相差0.001%,相当于赤道半径与极半径相差6km.
  
  三﹑基本参数
  
  日地平均距离(1天文单位):1.49597870×10^11米(1亿5千万公里)日地最远距离:1.5210×10^11米日地最近距离:1.4710×10^11米远日点与近日点距离相差500万千米
  
  直径:大约1392020公里(地球直径的109倍)表面面积:大约6.09×10^12平方千米
  
  体积:大约1.412×10^18立方千米(地球的1300000倍)质量:大约1.989×10^30千克(地球的333400倍)密度:大约1411千克/立方米大约相对于地球密度:0.26
  
  大约相对于水的密度:1.409大约表面重力加速度:2.74×10^2米/秒^2(为地球表面重力加速度的27.9倍)
  
  大约表面温度:5770开中心温度:大约1500万开
  
  日冕层温度:5×200开太阳寿命:约100亿年(现在大约46亿年)
  
  太阳年龄:约46亿年天文符号:☉
  
  四﹑太阳构造
  
  组成太阳的物质大多是些普通的气体,其中氢约占71.3%、氦约占27%,其它元素占2%.太阳从中心向外可分为核反应区、辐射区和对流区、太阳大气。太阳的大气层,像地球的大气层一样,可按不同的高度和不同的性质分成各个圈层,即从内向外分为光球、色球和日冕三层。我们平常看到的太阳表面,是太阳大气的最底层,温度约是6000开。它是不透明的,因此我们不能直接看见太阳内部的结构。
  
  太阳的内部主要可以分为三层:核心区、辐射层和对流层。
  
  太阳的核心区域半径是太阳半径的1/4,约为整个太阳质量的一半以上。太阳核心的温度极高,达到1500万℃,压力也极大,使得由氢聚变为氦的热核反应得以发生,从而释放出极大的能量。太阳中心区的物质密度非常高。每立方厘米可达160克。太阳在自身强大重力吸引下,太阳中心区处于高密度、高温和高压状态。是太阳巨大能量的发源地。太阳中心区产生的能量的传递主要靠辐射形式。
  
  太阳中心区之外就是辐射层,辐射层的范围是从热核中心区顶部的0.25个太阳半径向外到0.71个太阳半径,这里的温度、密度和压力都是从内向外递减。从体积来说,辐射层占整个太阳体积的绝大部分。太阳内部能量向外传播除辐射,还有对流过程。即从太阳0.71个太阳半径向外到达太阳大气层的底部,这一区间叫对流层。这一层气体性质变化很大,很不稳定,形成明显的上下对流运动。这是太阳内部结构的最外层。
  
  五、太阳活动
  
  光球表面着名的活动现象便是太阳黑子。黑子是光球层上的巨大气流旋涡,大多呈现近椭圆形,在明亮的光球背景反衬下显得比较暗黑,但实际上它们的温度高达4000℃左右,一个大黑子便可以发出相当于满月的光芒。日面上黑子出现的情况不断变化,这种变化反映了太阳辐射能量的变化。太阳黑子的变化存在复杂的周期现象,平均活动周期为11.2年。天文学家把太阳黑子最多和最少的年份称之为“太阳活动峰年”和“太阳活动谷年”.太阳黑子是太阳表面温度相对较低而显得黑的区域,黑子会对地球的磁场和电离层产生干扰,指南针不能正确指示方向,动物迷路,无线电通讯受到严重影响或中断,直接危害通讯系统安全。对人体健康有一定危害。
  
  在1173~1976年间,发生了56次流行性大感冒,都出现在太阳黑子活跃的年份,死于心肌梗塞的病人数量也急剧增加。因此,太阳黑子量达到高峰期时,人类要及早预防流行性疾病有趣的是,太阳黑子多的时候,气候干燥,农业丰收,黑子少的时候,暴雨成灾。太阳黑子数目增多的时候,地球上的地震也多。植物的生长也随着太阳黑子的出现而呈现11年周期的变化,黑子多长得快,黑子少长得慢。
  
  太阳耀斑是一种剧烈的太阳活动。一般认为发生在色球层中,所以也叫“色球爆发”.其主要观测特征是,日面上(常在黑子群上空)突然出现迅速发展的亮斑闪耀,其寿命仅在几分钟到几十分钟之间,亮度上升迅速,下降较慢。特别是在太阳活动峰年,耀斑出现频繁且强度变强。这一增亮释放的能量相当于10万至100万次强火山爆发的总能量,或相当于上百亿枚百吨级氢弹的爆炸。耀斑更主要表现在从射电波段直到X射线的辐射通量的突然增强,将会严重危及宇宙飞行器内的宇航员和仪器的安全。当耀斑辐射来到地球附近时,与大气分子发生剧烈碰撞,破坏电离层,使它失去反射无线电电波的功能。无线电通信尤其是短波通信,以及电视台、电台广播,会受到干扰甚至中断。耀斑发射的高能带电粒子流与地球高层大气作用,产生极光,并干扰地球磁场而引起磁暴。耀斑对气象和水文等方面也有着不同程度的直接或间接影响。
  
  太阳光球层上比周围更明亮的斑状组织。用天文望远镜对它观测时,常常可以发现:在光球层的表面有的明亮有的深暗。比较明亮的斑点叫做“光斑”.光斑比太阳表面高些,可以算得上是光球层上的“高原”.光斑也是太阳上一种强烈风暴,天文学家把它戏称为“高原风暴”.光斑的亮度只比宁静光球层略强一些,一般只大10%;温度比宁静光球层高300℃。光斑不仅出现在光球层上,也出现在色球层上。不过,出现在色球层上的不叫“光斑”,而叫“谱斑”.
  
  日冕会有向外膨胀运动,并使得冷电离气体粒子连续地从太阳向外流出而形成太阳风。由更简单的比原子还小一个层次的基本粒子--质子和电子等组成,但它们流动时所产生的效应与空气流动十分相似,所以称它为太阳风。太阳风是一种连续存在,来自太阳并以200-800km/s的速度运动的等离子体流。太阳风有两种:一种持续不断地辐射出来,速度较小,粒子含量也较少,被称为“持续太阳风”;另一种是在太阳活动时辐射出来,速度较大,粒子含量也较多,这种太阳风被称为“扰动太阳风”.
  
  米粒组织是太阳光球层上的一种日面结构。呈多角形小颗粒形状,得用天文望远镜才能观测到。米粒组织的温度比米粒间区域的温度约高300℃,因此,显得比较明亮易见。虽说它们是小颗粒,实际的直径也有1000公里-2000公里。明亮的米粒组织很可能是从对流层上升到光球的热气团,不随时间变化且均匀分布,且呈现激烈的起伏运动。米粒组织上升到一定的高度时,很快就会变冷,并马上沿着上升热气流之间的空隙处下降;寿命也非常短暂,来去匆匆,从产生到消失,几乎比地球大气层中的云消烟散还要快,平均寿命只有几分钟。
  
  天文学对于人类的意义绝非一个“不简单”可以形容的。他的所讲述的也决不仅仅体现于我上面所说的这个方面。天文学这一学科就像天空一样广袤无边,人类要走的路还很长,要探索的旅程还很远。而人是一切发现的原动力,所以对于天文学爱好者及专门从事天文学的职业工作者来说,任重而道远!
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