天体物理学导论/太阳

太阳是一颗普通的恒星，诞生于一个被称为原始星云的物质云中，距今已有45亿年。它与我们这片被称为太阳系的空间中的八颗已知行星一同诞生。太阳主要由氢组成，其中包含少量的氦和其他化学元素。它是一个炽热的等离子体球体，直径为1,391,785,000公里，比我们的地球大一百多万倍。它通过一个叫做核聚变的原子过程发光发热：四个氢原子结合成四个氦原子；太阳释放出热量和光，并向太空释放固体物质。这一切每秒都在发生，我们的太阳在短短的时间内损失了400万吨物质。太阳中心的温度为1500万摄氏度，在它的气态表面降至6000摄氏度。我们的太阳并非静止在太空中，实际上它有两种运动。一种是看似直线运动，以每秒约12公里的速度朝着武仙座方向移动。但由于太阳是银河系的一部分，而且我们的银河系围绕着它自己的中心缓慢旋转，所以太阳也以每秒175公里的速度作为旋转的银河系的一部分运动。

我们的太阳是1000亿颗恒星中的一颗，这些恒星构成了我们的银河系。一些恒星很小很暗淡，而另一些恒星与之相比是超巨星。我们的银河系形状像两个背靠背的煎蛋，是一个明显的螺旋状恒星结构。从大小上看，我们的银河系非常巨大，以每秒300,000公里的光速，从我们最近的恒星——比邻星——到地球需要4.2年。在这种尺度下，光脉冲需要10万年才能横跨我们银河系，从一端到另一端。

随着太阳的衰老，它会逐渐膨胀和冷却；不过，在此之前，太阳会“燃烧”氦或其他更重的元素，因为太阳的核心温度和密度会越来越高。由于太阳温度的升高，地球上的生命将无法继续存在。产生的极度高温将对地球造成灾难性影响：海洋将沸腾，我们所知的生命将终结。早在太阳进入红巨星阶段之前，地球表面将因太阳温度的升高而变得熔化。据估计，在未来11亿年或更长时间内，太阳的亮度将增加10%，在大约65亿年后，我们这颗衰老的恒星的亮度将是现在的两倍。

从现在起80亿年后，当太阳真正进入红巨星阶段时，太阳的半径将延伸到金星的当前轨道之外，导致地球完全毁灭。

我们自己的太阳将继续发光数代，直到它所有的氢燃料耗尽，然后它的中心区域将收缩，不同的聚变反应将进行补偿。然后太阳将膨胀成一颗巨大的红巨星，吞噬从水星到火星的所有行星（包括地球），并将剩余气态巨行星的大气层蒸发，直到它们也被摧毁。幸运的是，到那时，我们人类将变得技术先进，我们将踏上旅程，在星空中的其他行星上寻找安全的避难所——星际迷航风格。

太阳明亮的表面层被称为光球层（意思是“光的球体”）。不正确地观察太阳会导致失明，因为从它的表面释放出大量的可见光和不可见光。

太阳黑子正如其名。它们出现在太阳圆盘上，如同斑点。一个太阳黑子将有一个非常暗的中心区域，被称为本影。它通常被一个较暗的光环包围，被称为半影。

本影之所以暗是因为它比周围的太阳表面温度低（约3,500°C）（约5,500°C）。当太阳绕其轴自转时，它们看起来会移动穿过太阳。因为太阳本质上是气态的，就像流体一样，它不会像刚体那样旋转。赤道附近的斑点大约需要25天才能完成一次旋转。极点附近的斑点，如果有的话，需要一个多月才能完成旋转。多年来收集的太阳黑子素描表明，太阳黑子存在着11年的周期。在此期间，黑子的数量从最大值到最小值再回到最大值。

太阳黑子的尺寸和数量与地球的天气也存在着关系。在1645年至1715年的蒙德极小期，没有观察到太阳黑子，英国陷入了一个小冰河期。然而，在最近的几年里，2003年至2004年，太阳黑子的数量很大，其中一些太阳黑子异常大。这与炎热的夏季相吻合，被认为是全球变暖的原因之一。

除了热量和光之外，太阳还会产生太阳风，这是一种以高速向外辐射穿过太阳系的电离粒子流。太阳风的影响之一是它迫使彗星的尾巴指向远离太阳的方向。

太阳风还会与地球的磁场相互作用，导致极光和其他现象。太阳耀斑——太阳表面的氢气爆发——也会导致地球磁场的扰乱。

色球层位于光球层之上。太阳能从太阳中心出来，会穿过这个区域。

色球层会产生耀斑和谱斑。谱斑是明亮的发光的氢云，它们形成于即将形成太阳黑子的区域之上。耀斑是来自太阳黑子区域的明亮的热气丝。

太阳黑子是光球层上的黑暗凹陷，典型的温度为4,000°C。1998年，科学家首次观察到太阳耀斑在太阳内部产生类似于地震产生的地震波。他们观察到一个耀斑产生的太阳地震，相当于11.3级地震。它包含了1906年旧金山大地震释放能量的约40,000倍。

日冕是太阳大气的外层。在这个区域会出现日珥。日珥是巨大的发光气体云，从色球层上层喷发出来。日冕的外层延伸到太空中，由缓慢远离太阳的粒子组成。日冕只能在日全食期间看到。

日食发生在太阳、地球和月亮排成一线的时候。它们很少见，因为月亮通常会经过连接地球和太阳的假想线的上方或下方。在日食中，月亮直接经过太阳前面。这种情况只可能发生在月亮处于“新月”的时候。这是因为对于地球上的观察者来说，月亮的背面被照亮，而面向地球的一面处于黑暗中。月亮像任何球体一样，会投下阴影。日食发生在那个阴影扫过地球的时候。黑色的圆锥体被称为本影。任何在这个区域内的观察者都完全处于阴影中。从那里看不到太阳。

本影周围是半影。那里的观察者会看到一部分太阳，但不是全部。在这些区域之外，太阳是完全可见的。请注意，本影的尖端几乎触碰不到地球。目前，月亮相对于太阳的位置使得月亮的大小是太阳的1/400，而距离是太阳的400倍！这意味着这两个天体在天空中的大小看起来是一样的。只有在本影圆锥体尖端的观察者才能看到日全食。如果地球上的大量观察者位于半影中，他们将看到日偏食。

日环食是一种特殊的日偏食。由于月亮绕地球运行的轨道是椭圆形，而不是圆形，因此月亮与地球的距离会发生变化。当月亮离地球很远的时候，它在天空中看起来会略小。（地球绕太阳运行的轨道也是椭圆形，在1月份，地球离太阳最近。太阳的大小略大于一年中的其他时间。）当月亮“小”而太阳“大”时，月亮不会完全遮挡住太阳。本影不会触碰地球。观察者必须在地球表面之上才能看到日全食。对于位于正确位置的个人来说，太阳看起来就像一个环（环状）绕着月亮的轮廓。

月食发生在月亮进入地球的阴影的时候。它们只能发生在月亮处于“满月”的时候。地球夜侧的观察者会看到月亮进入地球的本影时，呈现出红色。如果整个月球圆盘都进入本影，那就是月全食。如果只有一部分进入，那就是月偏食。

半影月食很难检测到，因为月亮在穿过该区域时，亮度只会略微变暗。月食比日食更常见。太阳和月亮的日全食在全食之前和之后是偏食。

离开我们太阳系中心的太阳，我们到达最近的行星——水星，而总共有八颗已知的行星，包括地球。行星是一个巨大的天体，围绕着一颗恒星运行。行星本身没有光，因此只能通过反射星光（在我们这里，是太阳光从其表面反射）才能看到。