太陽系002 ~ 翻滾的太陽

 太陽系002 ~ 翻滾的太陽

10-8-2019

 

「啦啦啦啦種太陽…..到那個時候世界每一個角落, 都會變得溫暖又明亮。我有一個美麗的願望, 長大以後能播種太陽,…..啦啦啦啦, 種太陽」阿公今天哼这首大陸流行的兒歌給小蕾蕾聽。

 

銀河系

銀河系 (Milky Way) 的年齡和宇宙的年齡類似,约136億年, 銀河系含有1000~2000億顆, 如太陽一樣会發光的恆星。其間还有大量的星團、星雲, 及各類星際氣体和塵埃。總質量是太陽的1400億倍! 这些星球组成一個扁平巨形的太空飛碟, 中間突出的球狀空間稱為「核球」, 直徑約1萬4千光年。核球的中央部分稱「銀核」, 四周叫「銀盤」, 銀盤外更大的球体叫「銀暈」, 直徑7萬光年。

 

銀河系中星球分布成螺旋結構, 四個旋臂 (Major Arms) 如花瓣般捲曲排列, 圍繞着一個「銀心」旋轉。

 

太陽系

我们的太陽系在銀河系中算是年輕力壯的小伙子, 只有49億年的歷史, 因此他可能是第三代恆星, 天文学家說太陽系或許是由前兩代超新星(Super Nova) 爆炸之後的分子雲凝結而成的。太陽吸收了絕大部分質量, 剩下的殘餘物質组成了太陽系中其它的成員。

太陽系落在其中一個叫獵戶旋臂 (Orion's arm) 的內侧邊緣, 距離銀河銀心2.8萬光年, 它以每秒250公里速度繞銀心太后運轉, 公轉一周約2.3億年!

 

自古以來, 太陽在天空中發射出萬丈光芒, 成為地上萬族崇拜的偶像。太陽每秒將800萬噸的物質轉變成能量, 比人類自古至今所有產能加起來还多的多! 近代科学家發現, 在整個銀河系之中, 太陽的亮度超越了85% 的恆星。許多同類的前輩, 都已漸老化成為紅矮星。

 

太陽直徑139.2萬公里, 清晨第一束陽光須約8分19秒到達地表, 植物靠它進行光合作用, 以提供生長的養份, 產出氧氣給動物呼息。陽光不但是維持所有有機生命的能源, 在氣候及溫度的調節上, 也扮演着不可或缺的角色。

 

地球環繞在太陽邊上, 真是不起眼。直徑不到太陽的百分之一, 積体只有它130萬分之一! 太陽的質量驚人, 占整個太陽系的99.86%。太陽的引力是地球的28倍, 因此它能夠輕易抓住太陽系中8顆大行星、206顆衛星、5顆矮行星、行星環、柯伊伯帶、奧爾特雲中億兆顆氷碎片和在其中亂撞的彗星和磒石。也能吸引宇宙中足量的氫原子, 進行核反應, 來發光發熱。

 

黑体輻射測量太陽表面的溫度

地球距離太陽約有1.5 億公里, 科学家利用黑体輻射的技術來测量太陽表面的溫度。所謂的黑體是指一種理想的物體, 具備下列兩種特徵: ⑴ 当光照射到黑體的表面時, 全部被吸收, 沒有任何反射; ⑵ 黑體自身有溫度, 自身又會以光子的形式釋放出熱輻射。

 

如果黑體的溫度越高, 光譜中顯現藍紫色的比例就比較高; 反之, 紅色的比例就比較高。一般而言, 只要有溫度的物體就會有熱輻射。我們可以大致將太陽看作一個黑體, 因為太陽幾乎可以完全吸收電磁波而不反射, 同時自身也釋放出熱輻射。

 

 

因此, 我們用儀器測得太陽表面的光譜, 然後根據黑體輻射的定律推算出太陽表面的溫度。太陽的表面的光譜主要集中在可見光區域, 占所有的比例為50%; 紅外線區域占43%, 紫外線區域約占7%。 科學家通過比對黑体輻射光譜就可測得太陽表面的溫度大約為5500攝氏度。若考慮地球的大氣層對太陽光產生如散射、吸收等的影响, 較理想的辦法是利用太空天文望遠鏡或者行星探測器去取得太陽表面的光譜, 這樣可以有效地避免地球的大氣層造成的誤差。

 

太陽的獨特性

首先他幾乎呈完美的圓形, 这樣大的星球, 南北直徑和通過赤道的直徑只差10公里, 这根本是落在量測誤差範之內。

 

太陽的自轉也很有意思, 大家都知道地球以一倾斜的軸旋轉, 太陽可就不一樣了, 它幾乎是以滾動的方式運行, 沿赤道和南北旋轉周期各是25.6天和33.5天。我猜上帝这樣設計的道理是將太陽核心反應的熱能和光子, 可以較有效而且均匀地傳到太陽的表面, 散發出來。太陽確實是顆非常稀有和獨特的恆星。

 

太陽結構

內三層是他的實體結構 (Main part), 外三層是他的大氣層 (Atmosphere), 故共六層。由內到外, 按序描述如下:

 

⑴ 太陽的核心 (Core), 約占總半徑20%, 氣体密度極高, 進行核融合反應 (Fusion), 利用氫原子的兩種同位素 Deuterium (D) 和 Tritium (T) 採多步反應, 產生氦(He)。這樣反應, 据估計每秒消耗6億噸氫, 釋放出巨大能量。太陽核心的溫度, 可達1千六百萬度 (K)。

 

⑵ 輻射区 (Radiative Zone),

核聚變 (Nuclear Fusion) 產生的能量隨著電磁輻射從核心向外傳導。換句話說，能量是由光子傳遞的。

 

⑶ 對流区 (Convection Zone),

太陽的外層, 厚度約20萬公里, 熱量和能量與物質一起以對流單元的形式在旋流中帶出。類似一鍋沸騰水中看到的滾流。光子在对流区表面產生。

 

⑷ 光球層 (Photosphere),

這是可見太陽的表面, 充滿了电浆(即电化氣体)。核融合不断地在太陽核心進行反應, 直到光子具足夠能量脱離原子, 經過了百萬年的時间, 太陽才放出光芒。光球層温度已下降到 5700K。在磁場強的地方, 出現較暗、較涼的太陽黑點 (Sunspot), 附近也可能会有噴射出的突出物 (Prominences)。

 

(5) 色球層 (Chromosphere)

呈玫瑰紅色氣態, 籠照在光球層上方約3000 ~ 5000公里, 和電暈層共組太陽的大氣層, 溫度可達10000K。色球層在日全蝕時可以清楚觀測得到。

 

(6) 電暈層, 也被稱日冕 (Corona)

此区是十分脆弱不隱定的大氣層, 高速離子在此脫離太陽, 在形成太陽風 (Solar Wind)

 

太陽風暴 (Solar Storm)

太陽的質量雖太, 但他似乎還不夠格成為超新星 (Super Nova)。太陽雖然已到了中年, 他似乎还有50~100億年的歲數, 直到燃料氫氣完全耗盡。

 

如今日正当中, 他威力十足的太陽風暴就讓人畏懼萬分。太陽風暴是來自太陽表面各種質量和能量的爆發。太陽風暴活動最主要的標誌包括以下四種現象: 黑子、耀斑、日珥和太陽風。由於太陽赤道区旋轉速度比高緯度区要快許多, 造成磁場嚴重糾纏不穩定.

 

太陽黑子 (Sunspot)

当太陽光球層某局部電磁輻射密度突然增强時, 又稱磁暴, 它會抑制該處对流区的正常運作, 而出現温度較低的黑點, 那就是我們所說的太陽黑子 (Sunspot), 平均寬5萬公里, 黑子或黑子群可能會持續數天到數月。

 

耀斑 (Solar Flare)

在黑子區附近的上空，出現突然發亮的現象, 這便是我們看到黑子四周較亮的部分. 它會通過整個電磁頻譜的電磁輻射，包括: 高能帶電粒子、電子束、紫外線、X射線、伽馬射線…等等形式從色球層釋放的能量。最大可達10的次方 25焦耳, 相當於百萬噸級氫彈威力的100億倍。粒子的運動速度比耀斑的光速慢甚至是一二天後才能到達地球附近。

 

日珥（Coronal Loop）

它發生在太陽光球層的表面, 熾熱閃亮的電漿從一端射出, 成一弧形, 高度上萬公里, 大的日珥可超過日面幾十萬公里, 落在数千或数萬公里之外, 形成一個巨大的磁環。日珥存在時间有的只有數秒, 有的長達數日, 形成磁場迴路, 日珥物质的密度比日冕高出1000～10000倍。

 

太陽風 (Solar Wind)

1950年, 一位31歲年輕小伙子, 他的名字叫尤金派克 (Eugene Parker), 發表了一套太陽風的理論。他說太陽系中, 充滿了從太陽射出的粒子風, 以超音速射向四周。当時这理論被他的教授嘲笑, 但不久被證實果真有这玩意。往後數十年他成了太陽專家, 是芝加哥大学有名的天文學教授。

 

2018年8月NASA發射了派克太陽探测器(Parker Solar Probe), 以椭圆形軌道繞着太陽和木星旋轉, 專門用於研究太陽磁場、大氣、塵埃雲…, 試圖解开太陽能量持久不衰之謎。这探测器就是以他命名, 他是歷史上唯一親眼目睹以自己為名的航天器升空的人。

 

太陽磁場大約每11年对調一次極性, 根據科学家觀察最近一次太陽磁場南北極对調發生在2012年6月到2013年7月之间。造成周期性劇烈的太陽風暴活动.

 

若耀斑發出的輻射和粒子太靠近地球时, 会强烈擾亂地球磁層, 影响大氣環流, 增強電離層游離化, 產生強烈極光。破坯中高層大氣, 損坯电力系統、衛星、無線通訊, 攤瘓ATM、GPS、信用卡、電腦、手機, 及一切電子設備, 甚至破坯臭氧層。

 

歷史上有紀錄規模最大的太陽風暴, 發生在1859年9月2日。那晚極光照亮了黑夜, 山上的露營者都以為是天亮了! 紐約市民聚在大街及房頂, 觀看如烈火燃燒般血紅的天空。那些日子, 全球電報系統幾乎都癱瘓了!

 

最近一次風暴, 發生在2003年萬聖節附近。 太陽黑子爆發, 從耀斑裡噴射出帶电粒子氣体, 以每小时800萬公里時速直撲地球, 衝入磁層, 造成南北極絢麗壯觀的極光。地球上所有电子通訊、儀器、發電設備及四周28顆衛星都遭到非常嚴重的打擊。如今, 科技更加進步, 換句話說人類也更加依赖它們。除了安置更多衛星預測太陽風暴之外, 面对这樣的襲擊, 後果不堪設想, 除了求神憐悯外, 人類对它似乎束手無策。但願一日地球不会步著金星的後塵。

 

 

太陽磁暴影响生男生女?

俄羅斯科学家們曾研究並發表了聽來似乎荒謬好笑的研究。從1914~1979年期间, 他们在聖彼得堡等城市, 挑選600名居民. 比对这些母親懷孕時(婴兒出生日減去280天), 地球磁場的強弱, 與出生婴兒性別。

 

結果讓人他们嚇一跳, 那就是懷孕時地磁弱, 生男婴比例高(16:10), 反之則生女婴比例高(15:10)。就是说每11年, 地球受到強大太陽風暴影响, 地磁變弱, 地球保護罩变差。但為何会影响到受精卵的X和Y染色体, 他們沒有給明確的答案。這麼有趣的事, 讓您去思考了!

 

太陽的末日
科学家估計,太陽將在50億年後漸冷却, 体積向外膨脹,成為紅巨星。再过10億年, 太陽將抛去外層, 成為白矮星, 即是恆星的屍骸。圍繞在四周的行星不是被吞噬, 或抛棄在星際太空, 就是被其它經过恆星拉走。