哈工大天文学概论第5节

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1.989×1033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11．2年。光球上还有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。发生在日冕的耀斑叫X射线耀斑，它的波长只有1～8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（VanAllenbelts），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。StellarSpectrumMeasuringStarColoursStarshavedifferentcolours!Coloursdependonsurfacetemperature•Hotstarsappeartobeblue•Coolerstarsappeartobered‘Measure’coloursbyfiltersSpectrumPrismWhiteLightPrismsdisperselightintoitscomponentcolorsTwoopposingviewsLightconsistsofparticles•Newton(c.1670)Lightaswaves•ChristiaanHuygens(1678)Seeminglya‘either–or’situation•Particlescannotbehavelikewaves•WavescannotbehavelikeparticlesThewavepicturegetsaboost1801ThomasYoung•Double-slitexperiment•Includegraphic•Demonstrateswavenatureoflight,rejectsparticlepictureAslightproblemInwhatmediumdolightwavestravel?•Conceptofether(checkspelling!!)•ConceptoffieldsAnunexpectedsolution:•CompletetheoryofelectricityandmagnetismbyJamesClerkMaxwell(c.1860)allowsforelectro-magneticwavestotravelinvacuumwithspeedoflightMeasuringWavesWavesaredescribedbytwonumbers:Wavelength():•Distancebetweenwavecrests.Frequency(f):•Numberofwavecrestspassingpersecond.Thewavespeed,c,istheproductofthese:c=fWavelength()Speed(c)Frequency(f)(#waves/second)ExamplesofWavesOceanwaves:•=100m,f=0.1/second;•wavespeed:c=10m/second(36km/hr)•Speeddependsonwaterdepth,salinity,etc.Soundwaves(A440):•=0.73m,f=440/second;•wavespeed:c=320m/second(1150km/hr)•Forsound,“frequency”=“pitch”.LightaselectromagneticwavesCantreatlightasanElectromagneticWave•Fluctuation(波动)intheintensityofelectricandmagneticfields.•Travelsthroughavacuumatthespeedoflight.•Doesn’tneedamediumto“wave”in.Speedoflightisaconstantforalllightwaves:c=300,000km/secIndependentofwavelengthorfrequency.ElectromagneticWaveVisibleLightWavesWavelengths:400–700nanometers(nm)•1nm=10-9metersFrequencies:7.51014–4.31014waves/secondVisibleSpectrum:RedOrangeYellowGreenBlueIndigoViolet700nm-------------550nm------------400nmROYG.BIV电磁辐射是以变化的电磁场传递能量、具有特定波长和强度的波（波动性）。波长范围：＜0.01Å–30m1Ångstrom=10-10m(波长λ)×(频率ν)=光速c=3×1010cms-1根据波长由长到短，电磁辐射可以分为射电、红外、光学、紫外、X射线和g射线等波段，可见光又可分解为七色光。TheElectromagneticSpectrum光谱(电