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，距今45亿年。太阳系中有八颗已知的行星，包括地球，它们都围绕着太阳运行。太阳主要由氢组成，还有少量氦和其他化学元素。它是一个炽热的等离子体球体，直径为1,391,785,000公里，是地球的一百万倍以上。它通过一个称为核聚变的原子过程发光发热：四个氢原子核聚变成一个氦原子核，太阳释放出热量和光，并向太空释放物质。这每秒都在发生，我们的太阳在短短一秒钟内就会损失400万吨物质。太阳中心的温度为1500万摄氏度，在气态表面降至6000摄氏度。我们的太阳并非静止不动，实际上它有两种运动。一种是看似直线的运动，以每秒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，而我们的银河系绕着自己的中心缓慢旋转，所以太阳也是旋转的银河系的一部分，以每秒175公里的速度运动。

我们的太阳是银河系1000亿颗恒星中的一颗。有些恒星很小很暗，而另一些恒星则是超级巨星。我们的银河系形状像两个背对背的煎蛋，是一个明显的星系旋臂。从尺寸上来说，我们的银河系是巨大的，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。在这个尺度上，一束光脉冲需要10万年才能穿越我们银河系的长度。

随着太阳的衰老，它会逐渐膨胀和冷却；尽管如此，在此之前，太阳会“燃烧”氦或其他更重的元素，因为太阳的核心会达到越来越高的温度和密度。由于太阳温度的升高，地球上的生命将停止。产生的极端热量将对地球造成灾难性的影响：海洋将沸腾，我们所知的生活将终结。早在太阳进入红巨星阶段之前，地球表面就会因太阳温度升高而熔化。据估计，太阳的亮度将在未来11亿年或更长时间内增加10%，在大约65亿年后，我们正在衰老的恒星将比现在的亮度增加一倍。

从现在起80亿年后，当太阳进入红巨星阶段时，太阳的半径将延伸到金星目前的轨道之外，导致地球彻底毁灭。

我们自己的太阳将继续发光数代，直到它的氢燃料耗尽，然后它的中心区域会收缩，不同的聚变反应会进行补偿。然后太阳将膨胀成一颗巨大的红巨星，吞噬从水星到火星（包括地球）的所有行星，并蒸发剩余气态巨行星的大气层，直到它们也都被摧毁。幸运的是，到那时，我们人类将变得技术先进，所以我们将踏上旅程，在星空中寻找其他星球上的安全避难所——类似于星际迷航风格。

太阳明亮的表面层被称为光球（意为“光之球”）。错误地观测太阳会导致失明，因为它的表面会释放出大量的可见光和不可见光。

太阳黑子顾名思义。它们看起来像太阳圆盘上的斑点。太阳黑子会有一个非常暗的中心区域，称为本影。它通常被一个不太暗的光环包围，称为半影。

本影之所以暗是因为它比周围的太阳空间（约5,500°C）更冷（约3,500°C）。当太阳绕着自己的轴自转时，它们看起来会穿过太阳。由于太阳本质上是气态的，表现得像流体一样，它不会像刚体一样旋转。赤道附近的斑点大约需要25天才能完成一次旋转。如果极地附近有斑点，它需要一个月以上才能完成旋转。多年来收集的太阳黑子草图显示了太阳黑子的11年周期。在此期间，黑子的数量从最大值降至最小值，然后再反弹。

太阳黑子的尺寸和数量似乎也与地球的天气有关。在1645-1715年的蒙德极小期，没有观察到太阳黑子，英国陷入了一个小型冰河期。然而，在最近几年（2003-2004年），太阳黑子的数量很大，有些太阳黑子异常大。这与炎热的夏季相吻合，被认为是全球变暖的原因之一。

除了热量和光线外，太阳还会产生太阳风，这是一种带电粒子流，以高速从太阳向外辐射到整个太阳系。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——也会扰乱地球的磁场。

色球位于光球之上。太阳能穿过该区域，从太阳中心向外传播。

色球上会出现耀斑和光斑。光斑是明亮的氢气云，形成在即将出现太阳黑子的区域上方。耀斑是来自太阳黑子区域的明亮热气丝。

太阳黑子是光球上的暗色凹陷，典型的温度为4,000°C。1998年，科学家首次观测到太阳耀斑在太阳内部产生了类似于地震产生的地震波。他们观测到一个耀斑产生的太阳地震，相当于11.3级地震。它包含的能量大约是1906年旧金山大地震释放能量的40,000倍。

日冕是太阳大气的最外层。日珥出现在这个区域。日珥是巨大的发光气体云，从上层色球爆发出来。日冕的最外层延伸到太空中，由缓慢远离太阳的粒子组成。只有在日全食期间才能看到日冕。

当太阳、地球和月亮排成一条直线时就会发生日食。它们很少发生，因为月球通常会经过连接地球和太阳的假想线之上或之下。在日食中，月球直接经过太阳前方。这只能发生在月球处于“新月”时。这是因为对于地球上的观察者来说，月球的远侧被照亮，而面向地球的一侧处于黑暗之中。月球就像任何球体一样，会投下阴影。当这个阴影扫过地球时，就会发生日食。这个黑色的圆锥体被称为本影。在这个区域内的任何观察者都完全处于阴影中。从那里看不到任何太阳。

本影周围是半影。在半影中的观察者将看到一些太阳，但不是全部。在这些区域之外，所有太阳都可见。请注意，本影的顶端几乎接触到地球。在当前时间，月球相对于太阳的位置使得月球（是太阳大小的1/400）比太阳近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。只有位于本影圆锥顶端的观察者才能看到日全食。如果处于半影中，全球大量的观察者将看到日偏食。

日环食是一种特殊的日偏食。由于月球绕地球运行的轨道是椭圆形而不是圆形，月球与地球的距离各不相同。当月球远离地球时，它在天空中的看起来会稍微小一点。（地球绕太阳运行的轨道也是椭圆形的，在1月份，地球距离太阳最近。太阳的大小比一年中的其他时间略大。）当有一个“小”的月球和一个“大”的太阳时，月球将不会完全遮挡住太阳。本影不会接触到地球。一个观察者必须在地球表面之上才能看到日全食。对于处于正确位置的个人来说，太阳看起来像一个围绕着月球剪影的环（环状）。

在月食中，月球进入地球的阴影。它们只能发生在月球处于“满月”时。地球夜侧的观察者会看到月球进入地球的本影时呈现出红色。如果整个月球盘进入本影，就是月全食。如果只有一部分进入，那就是月偏食。

月球半影食很难察觉，因为月球在穿过该区域时只会略微变暗。月食比日食更常见。太阳和月球的日全食在全食之前和之后都是偏食。

从我们太阳系中心的太阳出发，我们到达最近的行星水星，共有八颗已知的行星，包括地球。行星是一个围绕恒星运行的大型天体。行星自身没有光，因此只能通过反射星光来观察，在我们的例子中，是反射来自太阳表面的阳光。