《哈工大天文学概论第5节》由会员分享，可在线阅读，更多相关《哈工大天文学概论第5节（98页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、太阳。SOHO拍摄 太 阳 基 本 数 据日地平均距离 149，598，000千米 半径696，000千米质量1.9891033克平均密度1.409克/立方厘米有效温度5,770K自转会合周期26.9日(赤道);31.1日(极区)光谱型G2V目视星等-26.74等目视绝对 星等4.83等表面重力加速度 27,400厘米/平方秒表面逃逸速度617.7千米/秒中心温度约15,000,000K中心密度约160克/立方厘米年龄 50亿年太阳的结构太阳是太阳系的中心天体,是太阳系里唯一的一颗恒星,也是离地球最 近的一颗恒星。太阳是一颗中等质量的充满活力的壮年星，它处于银河 系内，位于距银心约10千秒差距
2、的悬臂内，银道面以北约8秒差距处。 太阳的直径为139.2万千米，是地球的109倍。太阳的体积为141亿亿立 方千米，是地球的130万倍。太阳的质量近2000亿亿亿吨，是地球的33 万倍，它集中了太阳系99.865%的质量，是个绝对至高无上的“国王”。 太阳是个炽热的气体星球，没有固体的星体或核心。太阳从中心到边缘 可分为核反应区、辐射区、对流区和大气层。太阳能量的99%是由中心 的核反应区的热核反应产生的。太阳中心的密度和温度极高，它发生着 由氢聚变为氦的热核反应，而该反应足以维持100亿年,因此太阳目前正 处于中年期。太阳大气的主要成分是氢（质量约占71%）与氦（质量约 占27%）。太阳内
3、部结构示意图 太阳和地球一样，也有大气层。太阳大气层从内到外可 分为光球、色球和日冕三层。光球层厚约5000千米，我们 所见到太阳的可见光，几乎全是由光球发出的。光球表面有 颗粒状结构-“米粒组织”。光球上亮的区域叫光斑，暗的黑 斑叫太阳黑子，太阳黑子的活动具有平均11.2年的周期。从 光球表面到2000千米高度为色球层，它得在日全食时或用 色球望远镜才能观测到，在色球层有谱斑、暗条和日珥，还 时常发生剧烈的耀斑活动。色球层之外为日冕层，它温度极 高，延伸到数倍太阳半径处，用空间望远镜可观察到X射线 耀斑。日冕上有冕洞，而冕洞是太阳风的风源。日冕也得在 日全食时或用日冕仪才可观测到。当太阳上有
4、强烈爆发时， 太阳风携带着的强大等离子流可能到达地球极区。这时，在 地球两极则可看见瑰丽无比的极光。太 阳 光 球 及 其 活 动光球就是我们实际看到的太阳圆面，它有一个比较清 楚的圆周界线。光球的表面是气态的，其平均密度只有水 的几亿分之一。光球厚达500千米，极不透明。光球上密 密麻麻地分布着极不稳定的斑斑点点，被称为“米粒组织” 。米粒组织可能是光球下面气体对流产生的现象。另外， 还有超米粒组织，其直径与寿命要大的多。在光球还分布 着太阳黑子和光斑，偶尔还会出现白光耀斑。这些活动现 象有着相差悬殊的亮度、物理状态和结构。太阳光球上的米粒组织 所谓太阳黑子是 光球层上的黑暗区 域，它的温度
5、大约 为4500K， 而光球 其余部分的温度约 为6000K。 在明亮 的光球反衬下，就 显得很黑。89年3月5-18日 的太阳表面一 群黑子,面积约 70个地球.10日 黑子群爆发大 耀斑,放出带电 粒子和辐射,使 地面多处无线 电通讯中断 活动太阳的磁场 发展完全的黑子是由较暗的核（ 本影）和围绕它的较亮部分（半影 ）构成的，形状像一个浅碟。太阳 黑子是太阳活动的最明显标志之一 。太阳黑子的突出特点是具有强大 的磁场，范围从小太阳黑子的500高 斯到大太阳黑子的4000高斯不等。 黑子最多的年份称太阳活动极大年 ，最少的年份称太阳活动极小年。 太阳黑子的平均活动周期是112年 。光球上还有
6、一些比周围更明亮的 区域，叫光斑。它与黑子常常相伴 而生。 太阳活动是有周期性变化的。太阳周期是指大约十一 年周期性的太阳黑子数量增加和减少。每一周期是从太阳 活动最低潮时算起。太阳周期的排序开始于十八世纪，而 现在我们正处于第二十三周期。 黑 子 生 命 短 暂 ， 只 有 少 于 数 天 至 约 三 星 期 的 寿 命 。 太 阳 黑 子 的 多 寡 变 化 有 一 个 十 一 年 的 周 期 ， 在 周 期 之 始 ， 黑 子 基 本 上 出 现 在 纬 度 较 高 的 地 方 ( 即 离 太 阳 赤 道 较 远 ) ， 接 着 太 阳 黑 子 数 目 会 不 断 增 多 ， 并 且 会
7、 向 赤 道 靠 拢 。 假 若 我 们 以 图 显 示 黑 子 位 置 与 时 间 的 关 系 ， 便 会 得 出 着 名 的 蝴 蝶 图 。利 用 光 谱 分 析 ， 科 学 家 得 知 太 阳 黑 子 的 磁 场 相 当 强 ， 比 太 阳 平 均 磁 场 强 上 千 倍 。 黑 子 经 常 成 双 成 对 出 现 ， 每 对 皆 由 极 性 相 反 的 黑 子 组 成 ， 若 一 个 为 磁 北 ， 另 一 个 必 为 磁 南 ， 由 此 我 们 估 计 每 对 黑 子 皆 由 磁 力 线 所 连 系 ， 强 大 的 磁 场 牵 制 着 光 球 层 上 的 气 体 ， 并 阻 止 了
8、下 层 较 炽 热 的 气 体 上 升 至 黑 子 范 围 ， 结 果 黑 子 比 太 阳 表 面 其 他 地 方 温 度 较 低 。 最 后 值 得 一 提 的 是 ， 黑 子 的 数 目 和 地 球 的 气 候 有 微 妙 的 关 系 ， 研 究 显 示 在 地 球 上 一 次 冰 河 期 时 ， 太 阳 黑 子 的 数 目 异 常 地 少 。Maunder蝴蝶圖 太阳黑子 太阳黑子的本影和半影 太阳黑子区域的耀斑 太 阳 色 球 及 其 活 动光球的上界同色球相接，在日全食时能看到。色球层 厚约8000千米。太阳具有反常增温现象，从光球顶部到色 球顶部再到日冕区，温度不断陡升。色球层有出
9、现在日轮 边缘的针状物，它们不断产生与消失，寿命一般只有10分 钟。色球上经常出现一些暗的“飘带”，我们称它为暗条 。 当它转到日面边缘时，有时象一只耳朵，有时好象腾起的 火焰，人们俗称它为日珥。日珥的形态千变万化，可分为 宁静日珥、活动日珥和爆发日珥。太阳的巨大喷发 太阳的物质抛射 形成环形突出 软X射线波段的太阳 太阳色球层有些局部亮区域，我们称它为谱斑 。它处于太阳黑子的正上方。有时谱斑亮度会突然 增强，这就是我们通常说的耀斑。耀斑释放的能量 极其巨大。其巨大的能量来自磁场。太阳的耀斑 磁回旋(紫外) 太阳日珥的爆发 太阳的日珥和日冕。摄于日全食时。 日 冕 与 太 阳 风太阳最外层的大
10、气称为日冕。日冕延伸的范围达到太阳直径的几倍到几 十倍。在太阳活动极大年，日冕接近圆形；在太阳宁静年则呈椭圆形。日冕中有大片不规则的暗黑区域，叫冕洞。冕洞是日冕中气体密度较低 的区域。冕洞分为三种：极区冕洞，孤立冕洞，延伸冕洞。太阳能以太阳风- -物质粒子流的形式失去物质。冕洞是高速太阳风的重要源泉。 日冕物质抛 射是发生在日冕的非常宏观庞大的物质和磁场结构，它是大尺度致密等离子 体的突然爆发现象。对地球影响最大的莫过于它。当太阳上有强烈爆发和日 冕物质抛射时，太阳风携带着的强大等离子流可能到达地球极区。这时，地 球两极就出现极光。极光的形态千变万化。太阳系内某些具有磁场的行星上 也有极光。发
11、生在日冕的耀斑叫X射线耀斑，它的波长只有18埃或更短。它 直接引起地球电离层骚扰，从而影响地球短波通讯。紫外日冕 紫外波段的日冕 外层日冕的 伪彩色照片 “1970年3月7日日全食日冕” 太阳活动极大年的日冕 太阳宁静年的日冕 太阳日冕。SOHO探测器拍摄 太阳日冕。摄于1991年7月11日日全食时。 太阳释放巨大能量。其中部份能量以带电荷粒子形式高速传送开去，这 便是太阳风。它的移动速度达到每秒数百公里。虽然地球上的磁场能将环 绕地球的带电荷粒子困于其辐射带（ Van Allen belts ），一般能有效阻挡 太阳风，但在猛烈太阳风情况下它可能受影响而变形，导致地磁暴的出现 。 太阳。这四
12、幅太 阳像是在不同元 素谱线及不同波 段上拍摄的，其 中(a)铁IX/X, 17.1nm (b)铁 XII,19.5nm (c)铁 XV,28.4nm (d)氦 II/硅XI,30.4nm。 SOHO摄于1998 年10月27日。 太阳。这是幅 波长19.5nm 铁XII的太阳像 ，图中几个明 亮的区域是太 阳的活动区， 几个暗黑的区 域是冕洞，而 周围的一圈是 日冕。SOHO 拍摄。 从“阳光“号发射不久(1991年11月)到1995年末的太阳X射线图像 。图中太阳活动由盛至衰十分明显。“阳光“号探测器拍摄。 Stellar SpectrumMeasuring Star Colours St
13、ars have different colours ! Colours depend on surface temperature Hot stars appear to be blue Cooler stars appear to be red Measure colours by filters SpectrumPrismWhite LightPrisms disperse light into its component colorsTwo opposing views Light consists of particles Newton (c.1670) Light as waves
14、 Christiaan Huygens (1678) Seemingly a either or situation Particles cannot behave like waves Waves cannot behave like particlesThe wave picture gets a boost 1801 Thomas Young Double-slit experiment Include graphic Demonstrates wave nature of light, rejects particle pictureA slight problem In what m
15、edium do light waves travel ? Concept of ether (check spelling !) Concept of fields An unexpected solution : Complete theory of electricity and magnetism by James Clerk Maxwell (c.1860) allows for electro-magnetic waves to travel in vacuum with speed of lightMeasuring Waves Waves are described by tw
16、o numbers: Wavelength (): Distance between wave crests. Frequency (f): Number of wave crests passing per second. The wave speed, c, is the product of these: c = fWavelength ()Speed (c)Frequency (f) (# waves/second)Examples of Waves Ocean waves: = 100 m, f = 0.1/second; wave speed: c = 10 m/second (36 km/hr) Speed depends on water depth, salinity, etc. Sound waves (A 440): = 0.73 m, f = 440/se
