第三章太陽與恒星世界1§3-1太陽和太陽大氣21.太陽的概況3不同輻射波段的太陽光學(xué)紫外X射線射電4太陽的基本數(shù)據(jù)質(zhì)量 1.99×1030kg=332,000M⊕半徑 6.96×105km=109R⊕角直徑 32.5′密度 150–1.4–10-7gcm-3轉(zhuǎn)動周期 25.4[e]–34.4[p]days溫度 1.5×107–5800–107K光度 3.8×1033ergs-15太陽常數(shù)f：單位時間垂直射入地球大氣外單位面積上的能量。f=1.36×106ergs-1cm-26太陽的化學(xué)組成元素質(zhì)量豐度Hydrogen73.5%Helium24.8%Oxygen0.788%Carbon0.326%Nitrogen0.118%Iron0.162%Silicon0.09%Magnesium0.06%Neon0.16%7“太陽元素”的發(fā)現(xiàn)1868年8月18日，法國天文學(xué)家詹遜觀測日全食時，發(fā)現(xiàn)日珥的一條橙黃色明線（D3），不能和已知的地球上任何元素的譜線相對應(yīng)。命名為氦，曾稱“太陽元素”。

27年后，一位名叫雷姆塞的英國化學(xué)家終于在地球上也找到了氦。8整體結(jié)構(gòu)核心區(qū) 輻射區(qū)對流區(qū)光球色球過渡區(qū)日冕9太陽的大氣光球可見光輻射區(qū),厚度約100-500km半徑約700,000km溫度約6000K利用吸收線光譜確定了68種化學(xué)元素10光球的臨邊昏暗現(xiàn)象可見光-----近紫外光：光球園面呈現(xiàn)中間比邊緣更明亮的臨邊昏暗現(xiàn)象；其它波段（如射電，X射線等）：臨邊增亮。原因？11色球：位于光球上方，厚度約2,000-3000km，是稀薄和透明的氣態(tài)物質(zhì)，光度較低，產(chǎn)生發(fā)射線，可在日全食時觀測到。12日冕：太陽大氣的最外層，溫度106–107K，非常稀薄的電離氣體，范圍不定

常伴有日冕物質(zhì)拋射（CMEs）

132.太陽的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與能源只能觀測到太陽表面，但其通常取決于內(nèi)部的結(jié)構(gòu)和狀態(tài)；建立了太陽的分層模型14太陽的分層模型內(nèi)核：熱核反應(yīng)，產(chǎn)能區(qū)輻射層對流層光球：光亮的球?qū)樱瑴囟?000K色球：溫度比光球高,656.28納米紅光很強(qiáng)日冕：溫度百萬度，射電輻射來自日冕15太陽結(jié)構(gòu)模型16太陽的能源太陽的能源：L⊙≈3.8×1033ergs-1,τ⊙≈5×109yr熱核聚變反應(yīng)：核子1+核子2

核子3+能量質(zhì)量虧損 核子1+核子2質(zhì)量>核子3質(zhì)量熱核聚變反應(yīng)要求粒子處于高溫高密狀態(tài)17當(dāng)恒星內(nèi)部形成Fe后，由于Fe的聚變反應(yīng)吸熱而不是放熱，恒星內(nèi)部的熱核反應(yīng)由此停止18一般認(rèn)為：太陽內(nèi)部能源的約98%產(chǎn)生于質(zhì)子----質(zhì)子循環(huán)，約2%來自碳---氮---氧循環(huán)。研究表明太陽在約50億年前到達(dá)主序，現(xiàn)任處于主序階段。19太陽中微子問題中微子是一種不帶電、質(zhì)量極小的亞原子粒子，它幾乎不與任何物質(zhì)發(fā)生相互作用；太陽內(nèi)部H核聚變釋放能量的5%被中微子攜帶向外傳輸，每秒大約有1015個中微子穿過我們的身體；目前接收到的太陽的輻射（光子）實際上產(chǎn)生于~105-107年前的太陽內(nèi)部，而中微子則是在當(dāng)時產(chǎn)生的；太陽核心區(qū)的研究可直接由中微子探測得到。20太陽中微子的探測原理:中微子與C2Cl4相互作用,釋放光子.21太陽中微子失蹤案實際測量到的太陽中微子數(shù)目只有理論計算值的約1/3可能的原因：太陽內(nèi)部結(jié)構(gòu)與成分與太陽標(biāo)準(zhǔn)模型差異中微子物理——中微子振蕩

挑戰(zhàn)宇宙間的短缺質(zhì)量。223.太陽的對流層和磁場近年來對太陽的對流層研究的越來越多；對流層內(nèi)從內(nèi)到外溫度，壓力，及密度變化很大，物質(zhì)的上下徑向?qū)α鬟\動十分強(qiáng)烈，而且不均勻，內(nèi)部的巨大能量由此大部分通過機(jī)械的對流傳輸送到光球底層并輻射出去。由于太陽存在較差自轉(zhuǎn)，使對流層內(nèi)存在大尺度的環(huán)流。不能直接觀測到，但與太陽外層大氣的一些活動現(xiàn)象有關(guān)。23太陽內(nèi)部的輻射與對流區(qū)區(qū)域R/R(0)T(K)ρ(g/cm3)能量傳輸核心區(qū)0.0-0.25~15,000,000-8,000,000~160-10輻射輻射區(qū)0.25-0.85~8,000,000-500,000~10-0.01輻射對流區(qū)0.85-1.0~500,000-10,000<0.01對流24太陽的磁場太陽磁場的形成——發(fā)電機(jī)理論太陽各層大氣里的磁場很不相同,日面各部分磁場相差很大,幾高斯～幾千高斯;太陽黑子磁場是最強(qiáng)的磁場太陽活動大都與磁場有關(guān)磁場是活動區(qū)最本質(zhì)的特征25§3-2太陽的活動和日地關(guān)系一、寧靜太陽活動光球現(xiàn)象：米粒組織超米粒26米粒組織：光球上的明亮斑點平均直徑約1000km壽命約5-10分鐘米粒比光球溫度高300-400K由光球下面的氣體對流造成27日震學(xué)(Helioseismology)太陽的內(nèi)部擾動產(chǎn)生壓力波（聲波）在太陽表面，聲波表現(xiàn)為表面物質(zhì)的上下振蕩（幅度幾千米，周期5-10分鐘，觀測米粒組織時發(fā)現(xiàn)）太陽振蕩造成譜線位移利用太陽表面的振蕩可以研究太陽的內(nèi)部結(jié)構(gòu)28超米粒1954年測得；寧靜太陽表面上，數(shù)目約保持在2500個左右；直徑2萬----6萬公里壽命一般20----40小時，平均24小時。29本質(zhì)差別：米粒:深度約400千米的光球?qū)觾?nèi)；反映亮度差別，溫度分布不均勻；無磁場結(jié)構(gòu)。超米粒：光球之下7000----10000千米的對流層；光球速度場不均勻的表現(xiàn)；邊緣比太陽普通磁場強(qiáng)百倍。30色球現(xiàn)象單色光觀測色球：針狀物：細(xì)小“火舌”色球網(wǎng)絡(luò)沖浪：物質(zhì)拋射31日冕現(xiàn)象冕洞：暗區(qū)凝聚區(qū)：亮區(qū)冕流：黑子多時短，黑子少時長極羽：在太陽兩極，象羽毛；太陽活動極小時更明顯32二、太陽活動黑子；譜斑；日珥，日冕活動，耀斑等；331）太陽黑子光球上不規(guī)則的黑色區(qū)域，大小約10,000千米，溫度約4000–4500K通常成群出現(xiàn)

34黑子的結(jié)構(gòu)與形態(tài)：本影和半影組成；高分辨率觀測表明，有精細(xì)結(jié)構(gòu)。黑子在日面上的分布存在明顯規(guī)律：a.緯度分布的不均勻性b.東西的不對稱性35a.緯度分布的不均勻性

19世紀(jì)，研究表明，幾乎所有的黑子都分布在±8度---±45度的緯度范圍內(nèi)。36黑子出現(xiàn)蝴蝶圖：每個活動周開始黑子出現(xiàn)在高緯區(qū)，然后逐漸走向低緯區(qū)

37黑子“蝴蝶”圖在11年活動周期中，黑子分布呈現(xiàn)蝴蝶狀從高緯到低緯的變化。每只蝴蝶對應(yīng)一個活動周。38b.東西的不對稱性

1907年英國天文學(xué)家蒙德發(fā)現(xiàn)：黑子在日面東西邊緣的數(shù)目不一樣：

日面東半邊的黑子總比西半邊的更多，同時從日面東邊緣轉(zhuǎn)出的黑子也比在西邊緣消失的多。一般解釋：僅為視覺或光學(xué)現(xiàn)象。39黑子群（及其分類）多數(shù)成群；一般每個黑子群中有兩個主要黑子：前導(dǎo)黑子和后隨黑子，兩者磁極性通常相反。黑子有許多不同分類法：蘇黎世分類法；磁分類法；等等。40黑子相對數(shù)：太陽活動強(qiáng)弱的標(biāo)志。長期計數(shù)的統(tǒng)計方法。1849年蘇黎世天文臺沃爾夫提出：R=K(10g+f)g是日面上黑子群數(shù),f為單個黑子數(shù)，k是與觀測條件和觀測者有關(guān)的量（沃爾夫定自己的K=1）。黑子總面積A：把所有黑子歸算到日面中心后相加。41太陽黑子的變化黑子的持續(xù)時間為幾小時到幾個月利用黑子在日面的運動可以確定太陽的較差轉(zhuǎn)動42太陽黑子的周期準(zhǔn)周期，從黑子的極小年份算起。43太陽黑子相對數(shù)變化的11年周期

44黑子磁極性變化有22年周期日面上的偶極黑子群中，前導(dǎo)黑子總是與后隨黑子的極性相反。在同一個活動周中，南半球的前導(dǎo)和后隨黑子的極性情況是一樣的。南半球和北半球的情況相反。每一個太陽活動周期中，黑子群的磁極性分布保持不變，但下一個周期的情況則截然相反。45黑子的光譜不管黑子大小，大致相同；與光球光譜有很多類似之處，但由于其溫度較低又有很強(qiáng)的磁場，又存在很多差異與不同。46太陽黑子與磁場472）日珥突出日面的物質(zhì)拋射，色球?qū)拥幕顒蝇F(xiàn)象，美麗壯觀。日珥比光球暗得多，也只有在日全食時或者使用色球望遠(yuǎn)鏡才能看到。日珥一般高約幾萬公里，大大超過了色球?qū)拥暮穸龋M(jìn)入日冕層，來自色球/日冕的冷氣體云。爆發(fā)日珥以每秒700多公里的速度噴發(fā)到日冕中去。與黑子有密切聯(lián)系，運動與磁場有關(guān)。從形態(tài)上分：寧靜日珥，活動日珥和爆發(fā)日珥；實際分類很復(fù)雜。48493)光斑與譜斑色球上大塊增亮區(qū)域。比光球亮10%左右；兩者實質(zhì)一樣，光斑向上延伸就為譜斑；與黑子關(guān)系密切，有磁場。504）耀斑耀斑產(chǎn)生在色球和日冕的過渡區(qū)；電磁能與離子的快速釋放過程，是太陽上最強(qiáng)烈活動現(xiàn)象。來勢猛，能量大。在短短一、二十分鐘內(nèi)釋放出的能量相當(dāng)于地球上十萬至百萬次強(qiáng)火山爆發(fā)的能量和。從射電到

射線都有輻射，也稱色球爆發(fā)。耀斑通常與黑子活動有關(guān)。5152三、太陽和其他恒星的關(guān)系及和我們的關(guān)系恒星的代表，恒星實驗室。日地關(guān)系：太陽黑子；耀斑，太陽質(zhì)子流；等等53太陽對地球的影響1，地球能源的提供者；2，耀斑對地球有巨大影響，耀斑產(chǎn)生強(qiáng)大的由高能粒子組成的太陽風(fēng)，吹到地球附近，對地球產(chǎn)生影響：對地球上的電訊有強(qiáng)烈的干擾；對航天器和宇航員有致命的威脅；在地球大氣高層產(chǎn)生極光，引起地球磁暴。54太陽風(fēng)太陽釋放的快速帶電粒子流；太陽風(fēng)源于日冕的高溫；質(zhì)量損失率~1012gs-1太陽風(fēng)主要通過冕洞向外流失。5556太陽風(fēng)與極光57地球上看極光

在磁緯60°－70°的區(qū)域內(nèi)，圍繞地球南北磁極的兩個圓環(huán)狀地帶。地球的北磁極在加拿大大境內(nèi)。地球的磁南北極與地理南北極之間大約相距11°。高緯度地區(qū)出現(xiàn)極光現(xiàn)象較多。磁緯越低的地區(qū)，只是偶而能見到極光。58美麗的極光：來自太陽的帶電粒子闖入地球高層大氣，和大氣中的分子或原子碰撞而產(chǎn)生的放電過程，是唯一能用肉眼看到的高層大氣中發(fā)生的物理現(xiàn)象；由于地球磁場的作用，太陽高能粒子到達(dá)地球時就向地球磁極靠攏，因此在地球上高磁緯地區(qū)能看到極光。596061附：太陽系起源與演化幾十種太陽系起源的學(xué)說可分為兩類:一類認(rèn)為太陽系是由同一塊星云物質(zhì)凝聚而成的------星云說;另一類則認(rèn)為太陽系是一次突然的災(zāi)變中產(chǎn)生的----災(zāi)變說。

20世紀(jì)