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太阳的奥秘

作者:埃里希·于波拉克(德)
栏目:科普.生活
类别:国外
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书籍节选

书籍章节作者介绍
太阳家族的家谱
太阳系是以太阳为中心的天体系统。由五花八门、丰富多彩的天体组成,并形成一个“家族”似的系统——在这个家族中太阳是一位“至高无上”的家长,用她那巨大的“引力之手”指挥着它周围的无数个大小不一的家族成员。咱们居住着的地球也是太阳系家族的一个普通成员,与其他8个大行星——水星、金星、火星、木星、土星、天王星、海王星和冥王星,好像一母所生的九个子女,一同围绕太阳母亲运行。比九大行星小一辈的天体是卫星,它们像是行星的子女,围绕各自的行星运行。与大行星同辈的小行星,算是大行星的小弟弟,形体虽小,但它们“人侗兴旺,被发现(正式编号)的已有3000多颗。还有为数众多、形态奇特的彗星,它们也都是绕太阳运行的天体。
太阳系家族还有数量极多的流星体,它们有的像一座小山,有的像一颗砂粒。当它们闯入大气时,便与大气摩擦而燃烧,形成流星现象。有些大流星体来不及烧完撞到地面成为陨星。
尽管太阳系内天体品种很多,有些品种数量很大。太阳质量占太阳系总质量的99.8%,它将太阳系里的所有天体牢牢地控制在其周围,使它们不离自己旋转。同时,太阳又作为一颗普通恒星,带领它们绕银河系的中心运动。
如果把我们的太阳系比作一个家庭,那么太阳就是一家之主了。
威严的“家长”
清晨,当你站在茫茫大海的岸边或登上五岳之首的泰山,眺望东方冉冉升起的一轮红日时,一种蓬勃向上的激情会从心底油然而生。人们热爱太阳,崇拜太阳,赞美太阳,把太阳看作是光明和生命的象征。
太阳的身份证
光芒万丈的太阳是自己发光发热的炽热的气体星球。它表面的温度约6000℃,中心温度高达1500万摄氏度。太阳的半径是696000公里,是地球半径约109倍。它庞大的身躯里可以容纳130万个地球。太阳的质量为1.989 27×10吨,是地球质量的332000倍,是九大行星总质量的745倍。知道了太阳的体积和质量,你能不能知道太阳的密度呢?先想一想。太阳的平均密度是每立方厘米1.4克,约为地球密度的1/4。
太阳与我们地球的平均距离约1.5亿公里。这是一段多么遥远的空间距离啊!光的速度每秒约30万公里,从太阳上发出的光到达地球需要8分多钟。
这段距离在天文学家们的眼里,认为并不遥远,他们常常把这段距离当作测量太阳系内空间的一把尺子,给它一个名称叫“天文单位’”。拿这把尺子去衡量水星与太阳的平均距离是0.387个天文单位。木星与太阳的距离是5.2个天文单位。你看,这是多么大的一把尺子啊!正因为如此,我们从地球上看到的太阳才好似“圆盘”大校它在天空中对我们的张角大约半度。然而,我们已充分感受到了太阳强烈的光芒和酷热的照射。你可以静静地想一想,地球上的动物、植物和微生物,不都是靠太阳来维持生命吗?埋在地下的煤、石油和水,不也是太阳能量的转换产物吗?地球大气和海洋的活动现象不也是太阳能量的作用吗?地球上除原子能以外,太阳是一切能量的总源泉。“万物生长靠太阳”确有它深刻的内涵。
说到这里,不知你有没有想到这样的问题:太阳慷慨无私,向我们免费提供如此巨大的能量,整个地球接收的太阳能有多少呢?太阳发射出的能量有多大呢?科学家们设想在地球大气层外放一个测量太阳总辐射能量的仪器,使它垂直太阳的光束,这样测得的辐射不受地球大气影响,在每平方厘米的面积上,每分钟接收的太阳总辐射能量是1.97卡。这个数值叫太阳常数。这个能量足以使1立方厘米的水温升高约2℃。如果将太阳常数乘上以日地平均距离作半径的球面面积,这就得到太阳在每分钟发出的总能量,这 28个能量约为每分钟2.273×10焦耳。如果再把这个热辐射能换算成机械功率,约为3.68×1023千瓦。然而,太阳虽然作出如此惊人的奉献,但是地球上仅接收到这些能量的22亿分之一。可是,就是这微乎其微的能量,足以使地球上享受到温暖和充足的阳光。太阳每年送给地球的能量约相当于100亿亿度电的能量。比全世界总发电量要大几十万倍,太阳能取之不尽,用之不竭,又无污染。随着科学技术的飞速发展,人类必将在利用太阳能方面再创辉煌。
太阳的“内脏”
太阳内部结构可以分三层:太阳中心为热核反应区;核心之外是辐射层;辐射区之外为对流层;对流层之外是太阳大气层,太阳大气层从里向外分为光球、色球和日冕。
(1)热核反应的中心区
太阳中心是热核反应区。它的范围约占整个太阳半径的1/4,约为整个太阳体积的 1/64。然而它所包含的太阳质量加足足占整个太阳质量的一半以上。这表明太阳中心区的物质密度大得惊人,每立方厘米可达160克。水的密度为每立方厘米1.4克。太阳在自身强大重力吸引下。太阳中心区处于高密度、高温和高压状态。核物理学理论指出,在这种条件下是物质的热核反应。太阳能量的99%都是从这里产生。关于太阳能的产生方式,我们在下面还有专门介绍。因此,人阳中心区是太阳的热核反应区,是太阳巨大能量的发祥地、是太阳充满活力的心脏。
(2)辐射层
太阳中心产生的能量要不停地向外传输出去,这样它才能维持自身结构的平衡。太阳中心产生的能量是如何传播到外层空间去的呢?我们知道,热的传播方式有传导、对流和辐射三种方式。生活中使用的保温瓶的制造原理是断绝这三种热的传播,保持瓶内外的热量不能交换传递。太阳中心产生的能量要不断地传递出去,主要是靠辐射形式。太阳中心区之外就是辐射层。
辐射层的温度、密度和压力都是从内向外递减。辐射层的范围是从热核中心区顶部的0.25个太阳半径向外到0.86个太阳半径处。从体积上说,辐射层占整个太阳体积绝大部分。从太阳内部传出能量,主要是通过辐射形式,但是这不是唯一的途径,还有对流的过程。对流现象主要发生在辐射层之外,即从0.86个太阳半径向外处,到达太阳大气的底部,这一区间叫对流层。这一层气体性质变化很大,温度、密度和压力都比辐射层减少,变化很不稳定,形成明显的上下对流运动。这是太阳内部结构的最外层,起着输通内部、主导外部的重要作用。
说到这里,我们谈的太阳内部结构是理论上的推导。但是这个模式是否科学?是否可靠?这个模式是科学的,不是随意臆造的。
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