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1700937967 经过长期的观测,我们发现太阳风的主要成分是质子、电子和氦原子核。其中质子约占91%,氦核约占8%,此外还含有微量的电离氧、铁等元素。其密度则随时变化。
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1700937969 太阳风有两种。一种是“宁静太阳风”,它是粒子持续不断地被辐射出来,速度较小,在飞到地球附近时,平均速度约为每秒450千米,粒子含量也比较少,每立方厘米含质子数为1~10个。
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1700937971 另一种太阳风是“扰动太阳风”,它是在太阳活动剧烈时辐射出来,速度比较大。在飞到地球附近时,速度可达每秒2000千米,粒子含量也比较多,每立方厘米含质子数约为几十个。它对地球的影响很大,当它抵达地球时,往往引起很大的磁暴与强烈的极光,同时骚扰电离层,极大地干扰靠电离层反射传播的短波通信。
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1700937973 太阳的结构
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1700937975 现在我们再回顾一下我们所知所见的太阳究竟是什么样子的。
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1700937977 首先是那球体的广大的内部,那当然是我们永远见不到的。
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1700937979 我们肉眼所见的太阳表面是光球——虽然这不是真正的表面,只是球体光度最大的部分。这气层上有一些斑驳的黑子,也会经常产生耀斑。
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1700937984 图18 太阳的结构
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1700937986 在光球的顶上又有一层气体叫做色球,用分光仪在任何时候都看得见,可是直接看却只有在日全食的时候才可以。
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1700937988 从红色的色球喷发出的同样红的火焰叫做日珥。
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1700937990 包围全部的是日冕。
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1700937992 以上是我们所见的太阳。我们知不知道太阳究竟是什么呢?首先,它究竟是固体呢、液体呢,还是气体呢,或者是别的什么形态?
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1700937994 看得见的表面不是固体已由它的自转的性质表明了。我们已知道它的表面上的各部分自转周期是不相同的。而且,它的极高的温度也不能让它是固体或者液体的。许多年来大家都相信太阳内部一定是一大团等离子体——一种具有很多奇妙性质的物质状态——但被太阳巨大的引力压成非常致密的状态——事实上按照物理理论,我们认为理想气体的状态方程仍然适用于太阳内部,所以我们也可以将其看作是气体。
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1700937996 人人都会承认太阳一定是极热的。它能在1.4亿多千米外让我们感受到炎炎夏日的威力,本身当然更是要热极了。这从适当的测算看来也是真的——作为太阳辐射直接来源的光球已有6000摄氏度以上的高温了。
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1700937998 不同方法对太阳表面温度所作的测量都可以得到相同的结果。这些方法都遵循同一个途径——辐射体温度与辐射功率之间是有确定的关系的。譬如说,辐射与温度的4次方成比例。这就是所谓斯特藩定律(Stefan’s law)。这定律告诉我们,如果辐射体的温度加倍,它的辐射出的热量就要增大16倍。
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1700938000 假设用一个平底盆盛1厘米深的冷水,让太阳光直射下去。1分钟后,如果没有空气的影响而水又没有热量损失的话,温度计就会读出水的温度约增高了2摄氏度。
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1700938002 因此,假如有一层1厘米厚的冷水组成的球形的壳,半径恰等于地球对太阳的距离,恰好将太阳围在正中,在1分钟后就会增加上述的温度。既然这一壳层已经将太阳完全包住,那么我们就已经在1分钟内捉住了太阳的全部辐射了。
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1700938004 由这种测算得出从太阳表面的每平方米中都不息地流出6.2万千瓦的能量来。再依据辐射定律,我们又可以由此推算出太阳的温度来。实际上我们不用水盆和普通温度计,却是用一种很精巧的仪器——“太阳热量计”(pyrheliometer)。用这种仪器的观测已在史密森天体物理学天文台(Smithsonian Astrophysical Observatory)的各个分部进行了许多年了。
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1700938006 因为我们不能看见光球以下的太阳内部,所以要得到一个关于太阳内部情况的明确概念就非常困难。但我们完全可以假定越深处的压力与温度越高。早在1870年美国物理学家莱恩(Lane)就已经计算过太阳内部的温度,他假定里面各处都在一种平衡的状态中。太阳内部每一点上物质的全部重量都完全被下面热气体的膨胀力所支持。问题便是算出内部要热到什么程度才可以使太阳不致被自己的重量压碎。
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1700938008 20世纪30年代,关于太阳及星辰内部的理论成了英国的爱丁顿(Eddington)、詹姆斯(Jeans)、米尔恩(Milne)等人研究的热点。爱丁顿计算出太阳中心的密度约为水的50倍,而温度约为3000万摄氏度至4000万摄氏度。米尔恩推算出来的中心密度与温度比此数目还要大得多。按目前的太阳模型推算,太阳内核的气体被极度压缩,其中心密度是水的150倍,而温度约为1560万摄氏度!
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1700938010 太阳的热源
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1700938012 太阳从它表面上每1平方米倾注出6.2万千瓦的能量。既然知道太阳直径是140万千米,我们就很容易算出它的表面有多少平方米了。这巨大的数目再乘以6.2万,就可得到以千瓦表示的太阳不停散发的全部能量的巨大数目了。当我们想到照地质学家和生物学家的说法,太阳已用与现在同样的强度照耀了5000万年的时候,我们就遇上一个重要而且困难的问题了。
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1700938014 这种辐射能量的来源在什么地方?当然它是直接由光球来的。可是一定还得有新的能量供给不断地到达光球,才能维持不断的辐射。那么,这种使太阳一天一天照耀过了5000万年的、仿佛永不耗竭的内在供给的来源到底是什么呢?
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