太阳是如何工作的

图1.太阳各部分的基本概况。耀斑、太阳黑子和日珥都是从实际的SOHO图像中截取的。

照片礼貌苏荷区财团。

太阳是一颗恒星，就像我们在晚上看到的其他恒星一样。不同之处在于距离——我们看到的其他恒星光年而我们的太阳离我们只有8光分钟的距离——比我们近几千倍。

官方将太阳归类为G2型明星，根据它的温度和波长或光谱它发出的光。外面有很多G2s，而且地球的太阳只是围绕我们的中心运行的数十亿颗恒星中的一颗星系由相同的物质和成分组成。

太阳由气体组成。它没有固体表面。但是，它仍然有一个已定义的结构。太阳的三个主要结构区域显示在上半部分图1．它们包括:

在太阳表面之上是它的大气层，它由三部分组成，如图所示图1：

太阳的所有主要特征都可以用产生能量的核反应、气体运动产生的磁场和巨大的引力来解释。

它从核心开始。

2003年10月28日，太阳黑子486爆发了强烈的太阳耀斑。耀斑以光速向地球发射x射线，在电离层引发无线电风暴。

NASA/WireImage/盖蒂图片社

核心从中心开始向外延伸，覆盖了太阳半径的25%。它的温度超过了1500万开氏度[来源:蒙大拿]．核心,重力将所有的物质向内拉，产生一个强大的压力。这个压力足够高，可以迫使氢原子在核聚变反应中聚集在一起——这是我们在这里尝试模仿的地球.两个氢原子通过几个步骤合成氦-4和能量：

这些反应占太阳能量的85%。其余15%来自以下反应：

氦-4原子的质量比启动这个过程的两个氢原子的质量要小，所以质量的差被转换成爱因斯坦相对论所描述的能量(E=mc²)。能量以各种形式发出:紫外线，x射线可见光、红外线、微波和无线电波。

太阳也放射出带电的粒子(中微子、质子)，这些粒子构成了太阳太阳风．这种能量撞击地球，使地球变暖，驱动我们天气我们不会受到大部分辐射或太阳风的伤害，因为地球大气层保护着我们。

在覆盖了核心之后，是时候向外延伸太阳的结构了。接下来是辐射区和对流区。

的辐射区从核心向外延伸，占太阳半径的45%。在这个区域，核心的能量被光子带向外，或者光单位。当一个光子形成时，它会在被气体分子吸收之前移动大约1微米(100万分之一米)。一旦被吸收，气体分子就被加热，并重新发射出另一个相同波长的光子。被重新发射的光子在被另一种气体分子吸收之前又传播了一微米，然后循环往复;光子和气体分子之间的每次相互作用都需要时间。大约10²⁵在光子到达表面之前，这个区域就会发生吸收和再发射，所以在核心产生的光子和到达表面的光子之间有一个明显的时间延迟。

的对流区太阳半径的最后30%由对流支配，这些对流将能量向外带到太阳表面。这些对流是热气上升的运动和冷气下降的运动，它看起来有点像一个沸腾的锅里的闪光水．对流将光子向外带到表面的速度比发生在核心和辐射区域的辐射传输要快。在辐射区和对流区，光子和气体分子之间发生了如此多的相互作用，一个光子大约需要10万到20万年才能到达表面。

我们终于到达了地面。接下来让我们沿着大气层追踪。就像地球在美国，太阳拥有大气层。然而，太阳是由光球层，色球层和电晕．

的光球层是太阳大气层的最低区域，也是我们能看到的区域。“太阳表面”通常指的是光球层，至少在通俗术语中是这样。它有180-240英里(300-400公里宽)，平均温度为5800开氏度。它看起来呈颗粒状或冒泡状，很像沸腾的锅的表面水．凸点是下面对流单元的上表面;每个颗粒可以有600英里(1000公里)宽。当我们穿过光球层时，温度下降，气体因为温度较低，就不会释放出那么多光能。这使得它们对人类来说更不透明眼睛．因此，光球层的外缘看起来很暗，这种效应叫做临边昏暗这就解释了太阳表面清晰而清晰的边缘。

的色球延伸到光球层上方约1200英里（2000公里）。色球的温度从4500开尔文上升到10000开尔文左右。色球层被认为是由底层光球层内的对流加热的。当气体在光球层中搅动时，它们会产生冲击波，加热周围的气体，使其穿过色球层，形成数以百万计的热气体小峰，称为骨针．每一个针状体上升到光球层上方约3000英里(5000公里)，只持续几分钟。针状体也可能沿着太阳的磁力线运动，而磁力线是由太阳内部的气体运动形成的。

的电晕是太阳的最后一层，从其他球体向外延伸数百万英里或公里。日食和日全食期间可以看到它x射线太阳的图像。日冕的平均温度是200万开氏度。虽然没有人确定日冕为何如此热，但人们认为这是由太阳的磁力造成的。日冕有亮区(热区)和暗区日冕洞日冕洞相对较冷，被认为是太阳风粒子逃逸的区域。

通过望远镜图像，我们可以看到太阳上一些有趣的特征，这些特征可能对地球产生影响。让我们来看看其中的三个:太阳黑子、太阳日珥和太阳耀斑。

2008年9月23日，一个新的小型太阳黑子出现了，标志着新的太阳活动周期。

照片的美国宇航局

当然，这些球体有着有趣的特征和活动。我们在这里看一下。

暗、冷的地方叫太阳黑子太阳黑子总是成对出现，而且非常强烈磁字段（大约比地球的磁场)穿透表面。磁力线通过一个太阳黑子离开，并通过另一个太阳黑子重新进入。磁场是由太阳内部的气体运动引起的。

太阳黑子活动是太阳活动周期的一部分，太阳活动周期为11年，有活动的最大值和最小值。

目前尚不清楚是什么原因导致了这11年的周期，但有人提出了两种假设:

偶尔，来自色球层的气体云会上升并沿着太阳黑子对的磁力线定向。这些气体拱称为太阳的日珥．

日珥可以持续两到三个月，可以延伸到太阳表面3万英里(5万公里)以上。一旦达到这个高度，它们可以喷发几分钟到几小时，并以每秒600英里(每秒1000公里)的速度通过日冕向外发射大量物质;这些喷发被称为日冕物质抛射．

在复杂的太阳黑子群中，有时会突然发生剧烈的爆炸。这些被称为太阳耀斑．

太阳耀斑被认为是由太阳磁场集中区域的磁场突然变化引起的。它们伴随着气体、电子、可见光、紫外线和X射线的释放。当这种辐射和这些粒子到达地球磁场时，它们在两极与地球磁场相互作用，产生磁场极光太阳耀斑也会破坏通讯、卫星、导航系统甚至电网。辐射和粒子会使大气层电离，并阻止无线电波在大气层之间移动卫星和地面或者在地面和地面之间。大气中的电离粒子会在电线中诱发电流，引起电涌。这些电涌会使电网超载，造成停电。你可以通过阅读了解更多关于太阳耀斑的知识一个极其强大的太阳耀斑会摧毁地球上所有的电子设备吗?

所有这些活动都需要有限的能量。最终，太阳将耗尽燃料。

当我们的太阳变成红巨星时，它的半径将是现在的100倍。行星状星云是类日恒星到达红巨星阶段末期的残余。

照片的2010年美国宇航局太阳地球日

太阳已经照耀了大约45亿年[来源:加州大学伯克利分校]太阳的大小是核聚变释放能量产生的向外压力和太阳的向内拉力之间的平衡重力.在其45亿年的寿命中，太阳的半径增大了约6%[来源：加州大学伯克利分校].它有足够的氢燃料“燃烧”大约100亿年，这意味着它还有50多亿年的时间，在此期间它将继续以同样的速度扩张[来源：加州大学伯克利分校]．

当堆芯的氢燃料耗尽时，它会在重力的作用下收缩;然而，一些氢聚变会发生在上层。当地核收缩时，它会升温，这就会加热上层，导致上层膨胀。当外层膨胀时，太阳的半径将会增大，它将变成一个红巨星,一位上了年纪的明星．

红巨星太阳的半径将是现在的100倍，就在地球的因此，地球会坠入红巨星太阳的核心，并被汽化[来源:美国宇航局].在这之后的某个时刻，核心将变得足够热，导致氦熔合成碳。

当氦燃料耗尽时，堆芯将膨胀并冷却。上层将膨胀并喷出物质。

最后，核心会冷却成白矮星。

最终，它将进一步冷却到一个几乎看不见的温度黑矮星. 整个过程需要几十亿年的时间。

因此，在接下来的几十亿年里，人类是安全的——至少就太阳的存在而言。其他的崩溃是任何人的猜测。

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