太阳系是怎样组成的?
太阳系(solar system)组成
太阳系(solar system)就是我们现在所在的恒星系统由太阳、8颗大行星(原先有九大行星,因为冥王星被剔除为矮行星)、66颗卫星(原有67颗,冥王星的卫星被剔除)以及无数的小行星、彗星及陨星组成的。行星由太阳起往外的顺序是:水星(mercury)、金星(venus)、地球(earth)、火星(mars)、木星(jupiter)、土星(saturn)、天王星(uranus)、海王星(neptune)。离太阳较近的水星、金星、地球及火星称为类地行星(terrestrial planets)。宇宙飞船对它们都进行了探测,还曾在火星与金星上着陆,获得了重要成果。它们的共同特征是密度大(>3.0克/立方厘米),体积小,自转慢,卫星少,内部成分主要为硅酸盐(silicate),具有固体外壳。离太阳较远的木星、土星、天王星、海王星称为类木行星(jovian planets)。它们都有很厚的大气圈,其表面特征很难了解,一般推断,它们都具有与类地行星相似的固体内核。在火星与木星之间有100000个以上的小行星(asteroid)(即由岩石组成的不规则的小星体)。推测它们可能是由位置界于火星与木星之间的某一颗行星碎裂而成的,或者是一些未能聚积成为统一行星的石质碎块。陨星存在于行星之间,成分是石质或者铁质。
这些行星都以太阳为中心以椭圆轨道公转,虽然除了水星的十分接近于圆。行星轨道中或多或少在同一平面内(称为黄道面并以地球公转轨道面为基准)。黄道面与太阳赤道仅有7度的倾斜。冥王星的轨道大都脱离了黄道面,倾斜度达17度。上面的图表从一个特定的高于黄道面的透视角显示了各轨道的相对大小及关系(非圆的现象显而易见)。它们绕轨道运动的方向一致(从太阳北极上看是逆时针方向),因此,科学家们把冥王星排除在九大行星之外。除金星和天王星外自转方向也如此。
太阳系(solar system)在宇宙中的位置
太阳系位于银河系边缘
太阳系是由太阳以及在其引力作用下围绕它运转的天体构成的天体系统。它包括太阳、八大行星及其卫星、小行星、彗星、流星体以及行星际物质。人类所居住的地球就是太阳系中的一员。这个示意图显示了各个行星与太阳的相对大小.
太阳系的构成
太阳系的中心是太阳,虽然它只是一颗中小型的恒星,但它的质量已经占据了整个太阳系总质量的99.85%;余下的质量中包括行星与它们的卫星、行星环,还有小行星、彗星、柯伊伯带天体、外海王星天体、理论中的奥尔特云、行星间的尘埃、气体和粒子等行星际物质。整个太阳系所有天体的总表面面积约为17亿平方千米。太阳以自己强大的引力将太阳系中所有的天体紧紧地控制在他自己周围,使它们井然有序地围绕自己旋转。同时,太阳又带着太阳系的全体成员围绕银河系的中心运动。
太阳系内迄今发现了八颗大行星。有时称它们为“八行星”。按照距离太阳的远近,这八大行星依次是:最近的水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星。水星、金星、地球和火星也被称为类地行星,木星和土星也被称为巨行星,天王星、海王星也被称为远日行星。除了水星和金星外,其他的行星都有卫星。在火星和木星之间还存在着数十万个大小不等,形态各异的小行星,天文学家将这个区域称为小行星带。此外,太阳系中还有超过1000颗的彗星,以及不计其数的尘埃、冰团、碎块等小天体。
太阳系中的各个天体主要由氢、氦、氖等气体,冰(水、氨、甲烷)以及含有铁、硅、镁等元素的岩石构成。类地行星、地球、月球、火星、木星的部分卫星、小行星主要由岩石组成;木星和土星主要由氢和氦组成,其核可能是岩石或冰。
太阳系的起源和演化
另请参看太阳系起源、太阳系形成年龄
一般以为行星系统是恒星形成过程的一部分,但是也有学者认为这是两颗恒星差一点撞击而成。最普遍的理论是说太阳系是从星云形成。
恒星形成的基本过程为此:
1. 星云中较密的核心部分变得太重,重心不稳定,开始分裂和崩溃坠落。一部分的重心能量变为放射的红外线,剩下的增加核心的温度。核心部分开始成为圆盘形状。
2. 当密度和温度道足够高, 氘融合燃烧开始发生,辐射的向外压力减慢(但不中止)临近其他核心崩溃。
3. 其他的原料继续下落到这一颗原恒星,它们的角动量的作用可能导致双极流程。
4. 最后,氢开始熔化在星的核心,外面剩余的包围材料被清除。
太阳星云这个假说,是1755年由伊曼努尔·康德提议。他说,太阳星云慢慢地转动,由于重力逐渐凝聚并且铺平,最终形成恒星和行星。一个相似的模型在1796年由拉普拉斯提出。
太阳星云开始直径大约100AU,质量是现在太阳的两三倍。在这个星云中,比较重的物质往中间落,积聚成块,是成为以后的行星。而星云外部越来越冷,因此靠里的行星有很多重的矿物质,而靠外的行星是气体或冰体。原太阳大约在46亿年前形成,以后八亿年中各个行星形成。
太阳系的运动
太阳系是银河系的一部分。银河系是一个螺旋形星系,直径十万光年,包括两千多亿颗星。太阳是银河系较典型的恒星,离星系中心大约两万五千到两万八千光年。太阳系移动速度约每秒220公里,两亿两千六百万年在星系转一圈。
太阳系中的八大行星都位于差不多同一平面的近圆轨道上运行,朝同一方向绕太阳公转。除金星以外,其他行星的自转方向和公转方向相同。
彗星的绕日公转方向大都相同,多数为椭圆形轨道,一般公转周期比较长。
对太阳系的探索与研究
人类出于对自身生存环境了解的渴望以及日益紧张的地球资源,从1959年开始不断的通过空间探测器等进行空间探测,研究太阳系。目前主要集中在月球和火星的探测以及小行星和彗星的探测。
对太阳系的长期研究,分化出了这样几门学科:
* 太阳系化学:空间化学的一个重要分科,研究太阳系诸天体的化学组成(包括物质来源、元素与同位素丰度)和物理-化学性质以及年代学和化学演化问题。太阳系化学与太阳系起源有密切关系。
* 太阳系物理学:研究太阳系的行星、卫星、小行星、彗星、流星以及行星际物质的物理特性、化学组成和宇宙环境的学科。
* 太阳系内的引力定律:太阳系内各天体之间引力相互作用所遵循的规律。
* 太阳系稳定性问题:天体演化学和天体力学的基本问题之一
太阳系和其他行星系
虽然学者同意另外还有其他和太阳系相似的天体系统,但直到1992年才发现别的行星系。至今已发现几十个行星系,但是详细材料还是很少。这些行星系的发现是依靠多普勒效应,通过观测恒星光谱的周期性变化,分析恒星运动速度的变化情况,并据此推断是否有行星存在,并且可以计算行星的质量和轨道。应用这项技术只能发现木星级的大行星,像地球大小的行星就找不到了。
此外,关于类似太阳系的天体系统的研究的另一个目的是探索其他星球上是否也存在着生命。
太阳与八大行星的一些资料
下表的数据都是相对于地球的数值:(卫星数截至2005年底)
太阳与八大行星数据对照表(赤道直径以地球直径6370公里为单位),距离与轨道半径以天文单位为单位。
天体 距离(AU) 赤道直径 质量 轨道半径(AU)|轨道倾角(度)|公转周期(年)|自转周期(天)|已发现卫星数
太阳 0 109 333,400 -- -- -- 27.275 --
水星 0.39 0.382 0.05528 0.38710 7.0050 0.240852 58.6 0
金星 0.72 0.949 0.82 0.72 3.4 0.615 243.0185(逆向自转) 0
地球 1.00 1.00 1.00 1.00 0 1.00 0.9973 1
火星 1.5 0.53 0.11 1.52 1.9 1.88 1.0260 2
木星 5.2 11.2 318 5.20 1.3 11.86 0.4135 63
土星 9.5 9.41 95 9.54 2.5 29.46 0.444 47(有34颗已命名)
天王星 19.2 3.98 14.6 19.22 0.8 84.01 0.7183 29
海王星 30.1 3.81 17.2 30.06 1.8 164.79 0.6713 13
*1930年,冥王星被国际天文学联合会正式确认为行星,但一些天文学家对其行星的身份仍持怀疑态度。
*根据2006年08月24日国际天文学联合会大会的决议:冥王星被视为是太阳系的“矮行星”,不再被视为行星。
太阳系的第十大行星
在19世纪末,很多天文学家推测海王星之外还有别的行星,因为测试海王星的轨道和理论算出的轨道不一样。他们叫这颗星“行星X”,是未知行星的意思。
美国天文学家帕西瓦尔·罗威尔在1909年和1913年两次寻找海王星之外的行星,但是没有找到。1915年结束之后,罗威尔发表论文,写出估测的行星数据。其实在那一年,他所在的天文台照到了冥王星的照片,但是直到1930年才认出这是一颗行星。
可是冥王星的质量太小,无法解释海王星的轨道。天文学家继续寻找“行星X”,但是这个名字又有了第十大行星的意思,因为X是拉丁文的10。直到“旅行者2 号”探测器临近海王星,才发现海王星的质量一直算错很多。用正确的质量,加上冥王星的影响,海王星的现实轨道和计算轨道一致。
按照行星轨道计算,和地球差不多大小的行星不可能在60AU之内(冥王星现在离太阳大约30AU)。如果确实有第十大行星,它的轨道会很倾斜,很可能是外星系的天体,靠太阳太近,而被太阳吸引入轨。
一直以来,天文界对冥王星的地位一直有所争议。甚至有些地方的天文馆将冥王星从九大行星的地位中剔除。
根据2006年08月24日国际天文学联合会大会的决议:冥王星被视为是太阳系的“矮行星”,不再被视为行星。
自21世纪以来,科学家在冥王星更远的外围分别发现了三颗较大的行星。依序为2004年所发现的“Sedna”,代号为 2003 VB12;2005年同时发表的“Santa”,代号为2003 EL61及代号为2003 UB313(发现者未公布其名称)的行星。
2005年7月19日美国科学家发现的2003 UB313,研究人员估算其直径达3,000公里,被一些人认为很可能是太阳系第十大行星,发现者已向国际天文学协会提出申请等待批准。
“水内行星”
天文学家曾发现离太阳最近的水星有一些无法解释的微小运动,天文学家怀疑可能有一个比水星更靠近太阳的行星的引力引起的,并用一个火神的名字给这个行星起名为“祝融星”(中文常译为“火神星”),但天文学家们观测了五十多年仍然未找到这颗行星。
“水内行星”的假设,已被科学家爱因斯坦的广义相对论排除。广义相对论的引力理论解释了水星的奇怪运动,但天文学家们仍未放弃对“水内行星”的探寻。
其他资料
太阳系内众多包含固态表面,而其直径超过1公里的天体,它们的总表面积达17亿平方公里。
有人认为太阳其实是一个双星系统的主星,在遥远的地方存在著一个伴星,名为“涅米西斯” (Nemesis)。该假设是用作解释地球出现生物大灭绝的一些规则性,认为其伴星会摄动系内的小行星和彗星,使其改变轨道冲进太阳系,增加撞击地球的机会并出现定期生物灭绝。
太阳是怎样构成的?它的燃料是什么?
在太阳内部,由于巨大的压力和温度下,氢原子将会聚变成氦原子,并损失一定的质量,同时释放出巨大的能量。也就是说,太阳“燃烧”的燃料是“氢”。那么,目前太阳有多少氢元素呢?目前太阳大约有四分之三的成分都是氢,其余的成分主要是氦。
每秒钟在太阳内部大约有400万吨的物质通过核聚变反应转化为了能量,太阳已经这样持续燃烧了大约45亿年之久,目前太阳燃料还十分丰富,大约还可以继续稳定燃烧50亿年。之后,太阳将会演化为红巨星,同时可能引发氦元素的核聚变反应,从而生成碳元素,此时太阳的燃料就是“氦元素”,最后太阳将会演化为白矮星。
答:太阳主要是由氢元素和氦元素构成的等离子体,燃料就是氢元素,氢元素进行核聚变反应释放大量能量,太阳的主序星寿命约100亿年。
自从有了地球开始,太阳就照耀着地球,太阳的燃料似乎取之不尽用之不竭,其实在太阳内部,随着核聚变的进行,氢元素的含量在逐渐减少,当氢元素含量低到一定程度后,氢元素的核聚变反应就会终止。
在45亿年前,太阳系原始星云在引力作用下坍缩,原始星云的成分主要是氢元素和氦元素,坍缩形成了如今的太阳和八大行星。
太阳直径高达140万公里,但是只有很小的一个核心区域能够进行核聚变反应,核心温度高达1500万度,表面温度大约5500 ,核心处进行核聚变反应后,能量再逐渐传递到太阳表面。
据估计,太阳在45亿年的时间里,根据质能方程消耗了近100个地球的质量,现在太阳质量是地球的33万倍,所以太阳消耗的质量相对于自身来说微不足道。
在太阳的核心区域,主要进行着氢的同位素(氕氘氚)向氦元素聚变的过程,中间涉及十几个反应,比如氕核聚变为氘核,氘核再聚变为氦-3等等,总反应方程式为:
4(1H)=4He+2(e+)+2v,ΔE=24.7MeV ;
经过45亿年的燃烧,太阳还有大约70%的氢元素,根据恒星形成与演化理论,太阳的主序星时期还有55亿年的时间,此后太阳的氢元素丰度将无法继续维持燃烧,太阳也将逐渐演化为红巨星。
太阳的成分在“光”中!是的,太阳的成分在“光”中。科学家通过太阳光就能知道太阳的成自从17世纪英国署名的物理学家牛顿发现太阳光是由七色光组成后,科学家对“光”(不限于太阳光)产生了兴趣。
科学家首先发现在太光所产生的七色光语中还愿藏着一条条不连续的晒线。之后,科学家又发个物质在高温下所形成的光调中的明线位置与其在低温下所形成的光的暗线位置保持一致。
于是,科学家根据物质的这一性质,将太阳光谱中线与其他物质的明线进行比对,便可以确定构成太阳的物质有哪些元素了。目前,科学家测定的太阳的主要成分是氢,其次是氮,而氧、碳、氖、等化学成分的含量极少。
小知识:牛顿通过三棱镇发现了太阳光是由七色光组成的,通过太阳发现的地球新元素科学家在通过光谱分析大阳成分的同时,也通过大阳的光发现了地球上的一种新元素氦。1868年,法国天文学家和英国天文学家先后发现了不属于地球上任何元素的谱线,干是科学家将其命名为氦。
20多年后,美国化学家拉姆赛在研究亿铀矿时对一种神秘的气体进行光谱分析,并将其与太阳的这条黄色谱线进行比对,最终确定地球上也存在氦这种元素。
以人类现有的知识是解释不清楚太阳的活动的。就象我们当初说石油是动物的尸体变成的都是一知半解的癔测。
太阳是一个巨大的,发光的恒星。太阳是由70%的气体氢和28%的气体氦组成的。除此之外太阳还有其他物质,碳、氮和氧占1.5%,其余0.5%由少量其他元素组成,如氖、铁、硅、镁和硫。
大家看着太阳之所以发光发热,好像在燃烧,其实是因为太阳拥有极热的核心融合过程,也是将氢转化为氦的过程。这意味着,随着时间的推移,太阳有更少的氢和更多的氦。
太阳大约是在46亿年前开始的,核聚变的过程还将持续大约45亿至55亿年,届时它将耗尽氢、氦的供应。不过在耗尽氢和氦之前,太阳还会转变为红巨星,最后将从内部崩塌,成为白矮星。
科学家发现,太阳内部的核聚变过程正在加快,太阳的输出也随之增加。目前,这导致每一亿年的亮度增加1%,在过去45亿年中增加30%。
再过11亿年,太阳就会比现在亮10%,光度的增加也意味着热能的增加,而地球的大气层也会不断地吸收热能。这种自然的温室效应会更明显,甚至可以称奇为失控的温暖。
再过35亿年,太阳就会比现在亮40%。这将导致海洋沸腾,冰盖永久融化,大气中的所有水蒸气都会消失在太空中。在这种情况下,我们所知道的生命将无法在表面的任何地方生存……
太阳是怎样构成的?它的燃料是什么?如果题目改成“太阳是怎样形成的?”应该更符合题主的意思,我们也可以科普出好多东西。如果单纯问太阳的构成,那三言两语即可说完。不管怎么说,咱们先说说太阳的组成成分,然后再来说一说它是怎么形成的。
先来说说太阳的化学成分和特征
太阳的化学组成成分很简单,太阳质量的四分之三是氢,其他的几乎都是氦,包括氧、碳、氖、铁和其他重金属元素质量占不到2%。太阳体积是地球的130多万倍,直径是地球的109倍,大约1392000公里;
质量是地球的33万倍;太阳表面温度约5500 ,中心温度一千多万度。太阳如此高的温度使它整体成为一个等离子体,足以抹去在形成过程中吞噬上一代恒星残骸的痕迹,而不会像地球地壳中会保留下地质变化的痕迹。这也让太阳的球形率比太阳系的任何行星和卫星都高,与完美球形只相差了0.001%,
它的赤道半径和极半径只差了6公里(地球的这一差值为21公里,月球9公里,土星5500公里,木星6000公里),没有任何高山大海嘛,就这小小的6公里也是因为它的自转造成的。
好了,说完了太阳的组成和外貌特征,咱再来说一下它的形成演化。
据科学研究表明,太阳是由45.9亿年前的一团氢分子云迅速坍缩形成的一颗第三代第一星族恒星。
这与2013年太阳所处的主序星阶段,通过对恒星演化和宇宙年代学模型计算机模拟的结果非常接近,模拟结果为45.7亿年。也与此前通过对地球和月球最古老岩石的测龄,得出地球年龄为46亿岁左右的推断相符。
现代关于太阳系起源理论是在康德-拉普拉斯星云假说的基础上发展起来的,下面简单地说一下演化过程。45.9亿年前的这个氢分子云有数光年大小,
当时同时形成了数颗恒星,咱们的太阳是其中的一颗。根据现在太阳含有的重元素含量,显示当时形成太阳系的那部分氢云团必然在超新星残骸附近,是超新星爆炸的震波使这块星云团密度升高,使得自身重力得以克服内部气体分子膨胀的压力造成坍缩,太阳系得以诞生。日后形成咱们太阳系的地区的那块星云团直径当时大小有7000――20000多个天文单位(1天文单位即日地平均距离,大约是1.49亿公里),星云坍缩时,因角动量守恒使它开始旋转,并且转速越来越快,内部原子碰撞频率加大,原始区域中央集中了大部分的质量,温度也比周围高。当引力、气体压力、磁场和自转,作用在收缩的星云时,它开始变得扁平,成为旋转的“原行星盘”,直径大约200天文单位,并且中心有一个稠密的原始恒星,称为“原恒星”。
大约1亿年后,原恒星密度和温度大到足以点燃内部的氢元素开始核聚变,释放的能量能够抵抗自身重力的收缩能,达到平衡不再收缩,这时的太阳才真正成为恒星,原行星盘边缘物质最终形成行星。由于题目并未要求回答行星的形成,即太阳系的形成,所以关于太阳是如何形成的回答到此为止。
下面咱们再来谈谈它整天燃烧的燃料是什么,再简单说一下它的归宿
上面也稍稍提到过,太阳之所以能够几十亿年燃烧,发光发热,是因为它的中心在进行热核反应,这也是所有恒星发光发热的原因。太阳是主序星,现在正在进行氢核聚变为氦核的热核反应,学过高中物理的都知道,核聚变能释放大量能量,我们的太阳每秒钟消耗七亿吨氢元素,每秒钟大约有400万吨物质转化为了能量。每秒钟向外释放的能量,可以按照爱因斯坦的质能关系式E=mC²来计算。自太阳诞生之日起,燃烧这四十多亿年,太阳一共损失了大约有100个地球质量,这对于太阳来说微不足道(上面说过太阳质量是地球的33万倍),所以太阳现在还处在壮年,科学预测太阳寿命为100亿岁,也就是说太阳还可以继续燃烧50亿年,其中在主序星(氢核聚变阶段)还有40亿年(所以大家放心哈),在40亿年后,太阳会发生氦闪,即氦核聚变为碳的热核反应,太阳会变为红巨星,
在最后阶段会抛掉膨胀的外壳,收缩的内核成为白矮星,
在宇宙太空中慢慢冷却。
太阳的起源
关于太阳是如何构成的这个问题,其实目前来说,主流的是 星云假说 。
这个星云假说的大概意思是:
科学家通过追溯陨石中的铁-60等同位素发现,太阳系只可能诞生于几次寿命较短的恒星产生的超新星爆炸。超新星爆炸可以产生高于原子序数高于铁元素的元素原子,这也就能解释为什么地球上,以及其他三个类地行星上会有这些元素原子。
所以,星云假说总下来的就一句话: 太阳是从一片分子云中诞生的 。
太阳的构成
当引力塌陷,在引力作用下会形成一个恒星胚胎,整个恒星配谈会逐渐形成星盘。恒星胚胎会在引力作用下收缩形成原恒星,原恒星会继续吸引周围的物质。由于质量特别大其实就意味着自身引力特别大,引力使得恒星中心达到一定的温度和压强,直到点绕核聚变反应。
在整个过程中,主要是围绕着太阳进行展开的,太阳占据了整个太阳系99.86%的质量,而其他行星实际上是太阳形成过程中的边角碎料在引力的作用下逐渐形成的。
当太阳被点燃后,就正是进入了主序星时代,咱们的太阳可以持续大概100亿年的主序星时期,这段时期相对稳定。
其中组成太阳的主要成分是氢和氦,如果按照质量来计算的话,氢元素占据了太阳总质量的74.9%,氦元素占据了太阳总质量的23.8%。剩余的最多的是氧元素大概占到了1%,碳只有0.3%,当然还包括不到2%的金属元素,也就是重元素。
不过,太阳内部的情况,并不是像我们想象中的那样,一个个原子或者分子组成的,太阳其实是一个等离子体,不属于气液固三态中的任何一个状态。这其实是由于其中的温度造成的,所以太阳内部原子核,电子都是自由的状态。
当然,之前我们是从微观上来看的,如果从宏观上来看,太阳可以分得像地球分层那样细致,有核心、辐射区、对流区等等。当然,这是科学家用来区别各部位的功能时做的区分,并不是说太阳就是有明显的的一层层的结构。实际上,我们并不能够观测到太阳内部,毕竟由于太阳是等离子体,因此,电磁波没办法穿透它(说白了,就是光子进入后,就开始跌跌撞撞,没办法走直线了。),也就是说,太阳并不是透明的。因此,我们是通过日震学来测量并明确太阳内部的具体结构。
太阳的燃料
至于太阳的燃料,其实也是要看具体来看的,如果是处于主序星时期的太阳,那燃料其实就是氢,具体燃烧的机制被叫做 质子-质子反应链 。氢原子核(质子)通过核聚变反应生成氦-4氦,并释放大量能量。
当然,还有极其少量的碳氮氧循环反应,这里碳氮氧充当的是催化剂的作用。而整个反应的本质还是氢核(质子)通过核聚变反应生成氦-4核,并释放大量能量。
整个过程大概该可以持续100亿年的时间,当氢被烧的差不多的时候,太阳核心会在引力的作用下持续压缩,温度急剧升高(之前只有1500万度),温度能够升高到1~2亿度,然后点燃氦的核聚变反应,所以下一个阶段的燃料就成了氦。
紧接着,氦核聚变会生成碳和氧,这个过程大概会持续10亿年左右的时间,然后氦就会被烧完。由于此时的引力不够大,以至于不足以点燃碳和氧的核聚变反应,因此,太阳就会停在这个阶段,成为一颗白矮星,坐等凉透。
所以, 太阳从开始核聚变反应,到最终凉透,其实只有氢和氦作为了核聚变的燃料。
太阳只是宇宙中一颗普普通通的黄矮星而已,迄今为止它已经在核聚变的作用下燃烧了50亿年
我们的宇宙自138.2亿年前大爆炸那一刻开始就产生了物理定律,一系列定律就好像宇宙的框架一样约束着一切物质,恒星就是引力与核反应的产物。
在空旷的宇宙中存在着若干星云,我们的太阳在46亿年前还是一团巨大的分子云,但外部作用加上引力让这团分子云发生了坍缩,角动量造成的旋转让这团分子云的温度越来越高,逐渐扁平化的恒星盘疯狂吸收周围物质,最终让核心区域的氢原素达到了核聚变要求,我们的太阳从此诞生。
太阳就是天然的可控核聚变反应堆,它100亿年的寿命全仰仗氢元素核聚变,爱因斯坦的质能方程告诉我们原子核就是能量的宝库,核反应的能量释放要远远大于普通的化学反应,原子弹和氢弹就是最好的证据。
人类费尽心机掌握的核能其实在宇宙中比比皆是,夜晚天空中大部分亮点都是一颗熊熊燃烧的核火球,氢元素在太阳核心3300亿大气压和2000万摄氏度的环境下不断发生聚变反应,每秒都有400万吨的质量被核聚变反应亏损掉,因此当50亿年后氢元素消耗殆尽之日 就是太阳死亡之时。
现在世界各国都在研究地球上的可控核聚变技术,一旦成功就代表着人类从此拥有了“小太阳”,可控核聚变的巨大能量将让这个国家甚至是全人类都摆脱能源困境。
太阳目前的组成成分大约是75%的氢元素和23%的氦元素以及其他包括氧碳铁等众多的重元素。
由这些物质组成的太阳的物质态是物理学上称为第四态的热等离子态(一种由电子和原子核相互分离后组成的混合态)。
图:常见的等离子态
它的直径有近140万公里,是地球的109倍,质量是地球的33万倍,占据了太阳系总质量的99.86%,以250 /m的速度带领太阳系围绕银河系每2.5亿年公转一周。
图:地球木星和太阳的比例示意图
这颗巨大的恒星已经燃烧了50亿年了,理论上它还有50亿年的寿命,现在正值它的青壮年时期,所以以后的地球还会比现在更热。从里向外,太阳依次由核心区、辐射层、对流层、光球层、色球层、日冕层,而我们看到的基本轮廓为太阳的光球层。
图:太阳结构示意图
太阳之所以能聚变燃烧几十亿年,关键是来自巨大的氢氦储量和聚变释放的惊人能量。
太阳巨大的核心压和高温,在核心不断进行着氢转变成氦的聚变,每秒需要燃烧6亿吨的氢核燃料,聚变成氦时实际上只消耗了400万吨氢,相当于4亿亿颗广岛原子弹爆炸释放的能量。l
图:氢核聚变示意图
这看起来惊人的量对于太阳的氢储备不堪一提,太阳依旧能继续燃烧50亿年,释放的能量以各种波段的电磁波辐射出去,其中的22亿分之一给了我们地球,并孕育了万物。
图:太阳能量释放辐射 示意图
先从太阳的成分说起,然后再讨论它是如何形成的。 首先,让我们谈谈太阳的化学成分和特征。 太阳的化学组成非常简单。 太阳质量的四分之三是氢,其他的元素都是氦,氧气,碳,氖,铁和其他重金属占不到在2%。
实际上,每个人都在观看太阳的光芒和热量,好像在燃烧一样,这是因为太阳的核心融化过程非常热,这也是将氢转化为氦气的过程。 这意味着随着时间的推移,太阳中的氢更少和氦更多。 太阳大约在46亿年前开始,核聚变过程将持续大约45至55亿年,届时它将耗尽氢和氦的供应。 但是在它耗尽氢和氦之前,太阳会变成一个红巨星,并最终从内部坍塌成为白矮星。 科学家发现,太阳内部的核聚变过程正在加速,太阳的输出也在增加。 目前,这意味着每1亿年亮度增加1%,在45亿年中亮度增加30%。
当太阳由于重力而坍塌时,在重力的作用下会形成恒星胚,恒星的整个结构逐渐形成恒星盘。恒星的胚胎将在引力的作用下收缩形成原恒星,而原恒星将继续吸引周围的物质。因为质量特别大,实际上意味着其自身的重力特别大。引力使恒星中心达到一定的温度和压力,达到核聚变反应的轨道点。在整个过程中,它主要围绕太阳旋转。
太阳占据了整个太阳系99.86%。其他行星在重力的影响下逐渐形成,它们来自太阳地层的残余物。当太阳开始升起时,它进入主要序列的星龄。在主序恒星期,我们的太阳可以持续约100亿年,这是相对稳定的。构成太阳的主要成分是氢和氦。如果按质量计算,元素氢占太阳总质量的74.9%,元素氦占太阳总质量的23.8%。其余元素最多的是氧气,约为1%,而碳仅为0.3%。当然,它还包含少于2%的重元素金属元素。
实际上,直到上个世纪初放射学研究取得突破之前,人类才知道太阳的能源是核氢聚变。 今天的太阳将以每秒420万吨的氢进行核聚变反应,以产生光和热。 一秒钟内产生的能量可以被人类使用20万年,因此将出现诸如“戴森球”和“戴森环”之类的大型科幻设备。 但是,尽管核聚变反应释放的能量很大,但每秒消耗420万吨也意在限制太阳的寿命。 确切地说,太阳的寿命大约为100亿年,而太阳将在大约50亿年内受到影响。 氢变成红色巨星,开始进行聚变。 当氦气融合结束时,在火星轨道附近散开的“巨大的红色太阳”最终将变成密集的白矮星。
太阳系局部示意图
(1)木星;金星;火星;地球;土星 (2)图略 (逆时针方向) (3)C
太阳的结构
太阳是一个恒星,具有极大的质量。太阳的质量是1.989×l027t。相当于地球质量的333400倍。太阳是个巨大的发光体,它具有很高的温度[太阳的中心温度是(1300~1500)×104℃]。太阳的主要组成是氢气和氮气,其平均密度是1.41 g/cm3,是地球平均密度(5.52 g/cm3)的1/4。太阳是整个太阳系光和热的主要源泉。
图2.2.1 太阳结构示意图
太阳是一团(5770K以上的)高温的灼热气体球,太阳的大气是指可以直接观测到的外部层次,而太阳的内部,由于物质吸收光本领很强,产生的辐射全被吸收,因而无法直接观测。
太阳大气是高温电离形成的等离子体,它分为光球、色球和日冕三个层次(图2.2.1)。
光球是太阳大气的底层,厚度约500 km。它之所以被叫做光球,是由于它的明亮。太阳内部产生的辐射,被它吸收。经光球转换发射的亮光,透过薄层向外传播。光球顶部温度最低,也有5770K。
色球是太阳大气的中层,厚度约2000 km。色球的密度比光球低得多,但却比光球更热。它的底层约为1×104℃,而高层可达几万甚至几十万度。这种奇怪的温度逆升现象,目前还没有完满的解释。色球的表面呈锯齿状,由许多细小的“火舌”组成,也叫针状体。它们不断产生,又不断消失。
日冕是太阳大气的最外层,延伸范围很广,可达太阳半径的几倍甚至十几倍,没有明确的上界。日冕色清白、淡雅,亮度很弱,形状和大小变幻无定。日冕的密度极低,温度却很高,达百万度以上。
求太阳外部结构示意图!
太阳外部结构示意图见下:
太阳光球以上的部分统称为太阳大气层,跨过整个电磁频谱,从无线电、可见光到伽马射线,都可以观察它们分为5个主要的部分:温度极小区、色球、过渡区、日冕、和太阳圈,太阳圈可能是太阳大气层最稀薄的外缘并且延伸到冥王星轨道之外与星际物质交界,交界处称为日鞘,并且在那儿形成剪切的激波前缘。色球、过渡区和日冕的温度都比太阳表面高,原因还没有获得证实,但证据指向阿尔文波可能携带了足够的能量将日冕加热。
太阳是太阳系的中心天体,占有太阳系总体质量的99.86%。太阳系中的八大行星、小行星、流星、彗星、外海王星天体以及星际尘埃等,都围绕着太阳公转,而太阳则围绕着银河系的中心公转。
太阳是位于太阳系中心的恒星,它几乎是热等离子体与磁场交织着的一个理想球体。从化学组成来看,现在太阳质量的大约四分之三是氢,剩下的几乎都是氦,包括氧、碳、氖、铁和其他的重元素质量少于2%,采用核聚变的方式向太空释放光和热。
扩展资料:
对流层上面的太阳大气,称为太阳光球。光球是一层不透明的气体薄层,厚度约500千米。它确定了太阳非常清晰的边界,几乎所有的可见光都是从这一层发射出来的。
色球位于光球之上。厚度约2000千米。太阳的温度分布从核心向外直到光球层,都是逐渐下降的,但到了色球层,却又反常上升,到色球顶部时已达几万度。由于色球层发出的可见光总量不及光球的1%,因此人们平常看不到它。
只有在发生日全食时,即食既之前几秒种或者生光以后几秒钟,当光球所发射的明亮光线被月影完全遮掩的短暂时间内,在日面边缘呈现出狭窄的玫瑰红色的发光圈层,这就是色球层。平时,科学家们要通过单色光色球望远镜才能观测到太阳色球层。
日冕是太阳大气的最外层,由高温、低密度的等离子体所组成。亮度微弱,在白光中的总亮度比太阳圆面亮度的百分之一还低,约相当于满月的亮度,因此只有在日全食时才能展现其光彩,平时观测则要使用专门的日冕仪。日冕的温度高达百万度,其大小和形状与太阳活动有关,在太阳活动极大年时,日冕接近圆形;在太阳宁静年则呈椭圆形。
自古以来,观测日冕的传统方法都是等待一次罕见的日全食——在黑暗的天空背景上,月面把明亮的太阳光球面遮掩住,而在日面周围呈现出青白色的光区,就是人们期待观测的太阳最外层大气——日冕。
参考资料:太阳-百度百科
