太阳的质量由75%的氢和25%的氦组成(原子数量的92.1%为氢,7.8%为氦);其他物质(“金属”)的数量总和仅为0.1%。在太阳核心区氢转化为氦,而这些量的改变很慢。
太阳外层有不同的自转周期:赤道带25.4天自转一周;两极地区则达到32.5天。这个奇特现象的产生是由于太阳并不像地球一样是一个固态球体,类似的情况在气态行星上也可看到。因此在太阳内部,自转周期也不同,但太阳核心区仍像实心体般自转。
太阳的内部结构
太阳的内部结构主要为:核心为热核反应区,核心之外是辐射层,辐射层外为对流层,对流层之外是太阳大气层。
从核物理学理论推知,太阳核心是热核反应区。太阳核心区占整个太阳半径的0.25,其质量约为整个太阳质量的一半以上。这表明太阳核心区的物质密度非常高。每立方厘米可达160克。太阳在自身强大重力吸引下,太阳核心区处于高密度、高温和高压状态,是太阳巨大能量的发源地。
太阳核心区产生能量的传递主要靠辐射形式。太阳核心区之外就是辐射层,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,这里的温度、密度和压力都是从内向外递减的。从体积来说,辐射层占整个太阳体积的绝大部分。
太阳内部能量向外传播除辐射外,还有对流过程。即从太阳0.86个太阳半径向外到达太阳大气层的底部,这一区间叫对流层。这一层气体性质变化很大,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。太阳对流层外是太阳大气层。太阳大气层从里向外又可分光球层(又称为光球)、色球层(又称为色球)和日冕。我们看到耀眼的太阳,就是太阳大气层中光球发出的强烈的可见光。光球层位于对流层之外,属太阳大气层中的最低层或最里层,光球层的厚度约为500千米,与约70万千米的太阳半径相比,好似人的皮肤和肌肉之比。我们说太阳表面的平均温度约6000摄氏度,指的就是这一层。光球层之外便是色球层。平时由于地球大气把强烈的光球层可见光散射开,色球层便被淹没在蓝天之中。只有在日全食的时候才有机会直接饱览色球层红艳的姿容。太阳色球层是充满磁场的等离子体层,厚约2500千米。其温度从里向外增加,与光球层顶衔接的部分约4500摄氏度,到外层达几万摄氏度。密度则随高度增加而减低。整个色球层的结构不均匀,由于磁场的不稳定性,太阳高层大气经常产生爆发活动,产生耀斑现象。
日冕是太阳大气的最外层。日冕中的物质也是等离子体,它的密度比色球层更低,而它的温度反比色球层高,可达上百万摄氏度。日全食时在日面周围看到放射状的非常明亮的银白色光芒即是日冕。
太阳内核的状态是惊人的,温度可达1560万摄氏度,压力相当于2500亿个大气压。内核的气体被极度压缩以至于它的密度是水的150倍。
太阳释放的能量每秒高达38600亿亿兆瓦,它是由核聚变反应产生的。每秒大约有7亿吨的氢原子被转化为大约6.95亿吨的氦原子并放出500万吨的以伽马射线为形式的能量。由于射线向球体表面射出,能量不断地被吸收和散发,使得温度不断降低,所以才有内外巨大的温度差和基本的可见光。对流输出的能量至少比辐射发散的能量高20%。
太阳表面的黑子
太阳黑子的本影和半影
太阳的外表面被称作光球,温度约为5800摄氏度。太阳黑子属于太阳上“凉爽”的地方,仅为3800摄氏度(它们之所以看起来比较暗是因为与周围地区比较的缘故)。太阳黑子可以很大,直径可达50000千米。太阳黑子的产生是由于复杂且目前又不为人所掌握的来自太阳磁力区的作用所产生的。处在光球之上的一个小范围被称作色球。在色球之上既阔又稀的物质成为日晕,向太空绵延数百千米,但它只有在日食时才能被观测到。日晕的内部温度超过100万摄氏度。
太阳黑子是光球层上大的黑暗区域,在明亮的光球反衬下,就显出黑色斑点。1989年3月5日~18日观测到的太阳表面的一群黑子,其面积与70个地球的面积相当。当年3月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。
发展完全的太阳黑子是由较暗的核(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0.05特(T)到大太阳黑子的0.4特不等。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。太阳活动的平均周期约为11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。
日珥是出现在色球层上的明亮炽热的突出物。一般情况下被日晕所淹没,需用精制光谱仪或干涉滤光片才能看到;日全食时则清楚可见。其温度大约为5000~10000摄氏度,形态多变,和太阳黑子一样,周期约为11年。
太阳的磁场作用力极大(按地球标准)并且十分复杂。它的磁层范围甚至大大超过了冥王星。
除了光和热,太阳还发散一种低密度的粒子流(多半为电子和质子),形成太阳风,以450千米/秒的速度在太阳系中传播。太阳风和高能量粒子在太阳上闪光时发射,会对地球上的潮浪及无线电通讯造成影响,并会由此产生极光。