高中地球科学/太阳

想想地球、月球和我们太阳系中的所有其他行星。想想所有这些天体加在一起的质量。然而，加在一起，它们只占太阳系总质量的 0.2%。太阳占了太阳系中剩余 99.8% 的质量（图 24.17）！太阳是太阳系的中心，也是太阳系中最大的天体。我们的太阳是一颗恒星，它提供光和热，支持着地球上几乎所有的生命。

在本课中，您将了解太阳的特征。我们将讨论太阳的组成、它的大气和一些表面特征。

课程目标

描述太阳的层级。
描述太阳的表面特征。

太阳的层级

太阳是一个球体，但不像地球和月球，它不是固体。太阳中的大多数原子以等离子体的形式存在，或者说以一种由超高温气体组成的物质的第四种状态，这种气体带有电荷。我们的太阳几乎完全由氢和氦元素组成。因为太阳不是固体，它没有明确的外边界。但是，它确实具有明确的内部结构。太阳有几个可识别的层级。

核心是太阳最里面或最中心的层级。核心是等离子体，但它的运动类似于气体。它的温度约为 2700 万摄氏度。在核心，核反应将氢原子结合在一起形成氦，在这个过程中释放出大量的能量。释放的能量随后开始向外移动，朝向太阳的外层。

辐射层位于核心之外，温度约为 700 万摄氏度。核心释放的能量极其缓慢地穿过辐射层。被称为光子的光粒子只能传播几毫米，然后就会撞击太阳中的另一个粒子，被吸收并再次释放。光子可能需要长达 5000 万年的时间才能穿过辐射层。

对流层包围着辐射层。在对流层，来自太阳中心附近的热物质上升，在表面冷却，然后向下倾斜，从辐射层获得更多热量。这种运动有助于产生太阳耀斑和太阳黑子，我们将在稍后详细了解它们。前三个层级构成了我们实际上所说的“太阳”。接下来的三个层级构成了太阳的大气层。当然，太阳的任何部分都没有固体层级，所以这些边界是模糊和不明显的。

太阳的“大气”

光球层是太阳的可见表面（图 24.18）。这是太阳发射阳光的区域。它也是太阳最冷的层级之一——只有大约 6700°C。观察太阳表面的照片，您可以看到它有几种不同的颜色；橙色、黄色和红色，使它呈现出颗粒状的外观。当我们快速瞥一眼太阳时，我们看不到这一点。我们的眼睛无法那么快地聚焦，而且太阳太亮了，我们无法长时间直视它。长时间直视太阳会导致失明，所以不要尝试！阳光从太阳的光球层发射出来。从太阳传播到地球的光线中只有一小部分到达地球。它以一系列波长的光线传播，包括可见光、紫外线和红外辐射。可见光是我们用眼睛可以看到的所有光。我们无法看到紫外线和红外线，但它们的效应仍然可以被检测到。例如，当你在太阳下呆太长时间时，紫外线辐射会导致晒伤。

色球层是位于光球层之上、约 2000 公里厚的区域。色球层是太阳大气层中一个薄薄的区域，因为它被光球层发出的能量加热而发出红色光芒。色球层的温度范围约为 4000°C 到 10000°C。气体喷射以高达每小时 72000 公里的速度穿过色球层，到达高达 10000 公里的高度。

日冕是太阳的最外层，也是其大气层的最外层。它是太阳的光环或“冠冕”。它的温度为 2 到 500 万摄氏度，远高于太阳的可见表面或光球层。日冕延伸到太空数百万公里。如果你有机会看到日全食，你就可以看到太阳的日冕，它在太空中闪耀。

在太阳的核心，核聚变反应通过将氢转化为氦来产生能量。聚变是一个原子核结合在一起形成较重的化学元素的过程。太阳核心的聚变反应产生能量，我们将其体验为热量和光线。太阳的其余部分则由热能从核心向外移动而加热。来自太阳的光能从光球层发射出来。它在太空中传播，其中一部分到达地球。太阳是地球上几乎所有能量的来源，阳光为光合作用提供动力，同时也温暖和照亮着我们的地球。

太阳的表面特征

太阳最明显的表面特征是存在太阳黑子，它是太阳表面上较冷、较暗的区域（图 24.19）。太阳黑子只能用特殊的滤光镜才能看到。它们表现出强烈的磁活动。这些区域之所以更冷、更暗，是因为太阳磁场的环路穿透表面，扰乱了从下层到上层的热量平稳传递。太阳黑子通常成对出现。当太阳磁场的环路穿透表面时，它通常会在它出来的位置和它回到的地方都产生一个太阳黑子。太阳黑子通常以 11 年的周期出现，从太阳黑子的数量最少开始，增加到太阳黑子的数量最多，然后逐渐减少到太阳黑子的数量再次最少。

如果太阳磁场的环路断裂，它就会产生太阳耀斑，太阳耀斑是剧烈的爆炸，释放出大量的能量（图 24.20）。它们释放出组成太阳风的、高能粒子流。太阳风对航天器和宇航员来说可能是危险的。它发出大量的辐射，会损害人体。太阳耀斑曾造成整个电网瘫痪，并可能扰乱无线电、卫星和手机通信。

太阳上另一个非常明显的特征是太阳耀斑。如果等离子体沿着太阳磁场的环路从一个太阳黑子流向另一个太阳黑子，它就会形成一个发光的拱门，延伸到太阳大气层中数千公里。耀斑可以持续一到几个月。耀斑在日全食期间也是可见的。

太阳带电粒子产生的一个美丽而神秘的效应是极光，它形成于地球大气层高处的极地地区。地球大气层中的气体受到太阳风的带电粒子的激发而发出光，产生光幕，在你观看时弯曲和变化。

课程总结

太阳的质量非常巨大。它占我们太阳系质量的 99.8%。
太阳主要由氢组成，还有少量的氦，以等离子体的形式存在。
太阳的主要部分有三个层级：核心、辐射层和对流层。
太阳的大气层也有三个层级：光球层、色球层和日冕。
太阳核心中的氢核聚变产生巨大的能量，这些能量从太阳辐射出来。
太阳表面的一些特征包括太阳黑子、太阳耀斑和耀斑。

复习题

太阳以何种方式支持地球上的所有生命？
太阳几乎完全由哪两种元素组成？
哪个过程是太阳热量的来源，它发生在哪里？
一些科学家希望计划一次载人前往火星的旅行。阻碍我们实现这一目标的因素之一是太阳风。为什么我们要担心太阳风？
描述对流层中的运动如何导致太阳耀斑。
你认为太阳核心的聚变反应会永远持续下去吗？解释你的答案。

词汇

色球层: 太阳大气中位于光球层正上方的一层薄层；发出红色光芒。
对流层: 包围辐射层的太阳层；能量以流动的气体细胞的形式移动。
核心: 太阳最内层或中心层。
日冕: 太阳的最外层；一种延伸到太空数百万公里的等离子体。
核聚变: 原子核融合在一起形成新的、更重的化学元素；在这个过程中会释放出巨大的核能。
光球层: 我们看到的太阳层；太阳的可见表面。
光合作用: 绿色植物将阳光转化为能量的过程。
等离子体: 一种高能、高温物质形式。电子从原子中移除，使每个原子带电。
辐射: 电磁能；光子。
辐射层: 紧邻太阳核心的太阳层；能量以电磁波的形式逐个原子地移动。
太阳耀斑: 太阳表面发生的一次猛烈爆炸。
太阳风: 太阳耀斑发出的辐射流。太阳风延伸到太空数百万公里，甚至可以到达地球。
太阳黑子: 太阳表面温度比周围区域低的较冷、较暗的区域；太阳黑子通常成对出现。

注意事项

如果有什么东西突然导致太阳的核聚变停止，我们怎么知道呢？
太阳中是否有任何类型的危险能量？它们可能影响什么？
如果太阳完全由氢和氦等气体组成，它怎么可能有层级呢？

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