太陽的質量由75%的氫和25%的氦組成(原子數量的92.1%為氫,7.8%為氦);其他物質(“金屬”)的數量總和僅為0.1%。在太陽核心區氫轉化為氦,而這些量的改變很慢。
太陽外層有不同的自轉周期:赤道帶25.4天自轉壹周;兩極地區則達到32.5天。這個奇特現象的產生是由於太陽並不像地球壹樣是壹個固態球體,類似的情況在氣態行星上也可看到。因此在太陽內部,自轉周期也不同,但太陽核心區仍像實心體般自轉。
太陽的內部結構
太陽的內部結構主要為:核心為熱核反應區,核心之外是輻射層,輻射層外為對流層,對流層之外是太陽大氣層。
從核物理學理論推知,太陽核心是熱核反應區。太陽核心區占整個太陽半徑的0.25,其質量約為整個太陽質量的壹半以上。這表明太陽核心區的物質密度非常高。每立方厘米可達160克。太陽在自身強大重力吸引下,太陽核心區處於高密度、高溫和高壓狀態,是太陽巨大能量的發源地。
太陽核心區產生能量的傳遞主要靠輻射形式。太陽核心區之外就是輻射層,輻射層的範圍是從熱核中心區頂部的0.25個太陽半徑向外到0.86個太陽半徑,這裏的溫度、密度和壓力都是從內向外遞減的。從體積來說,輻射層占整個太陽體積的絕大部分。
太陽內部能量向外傳播除輻射外,還有對流過程。即從太陽0.86個太陽半徑向外到達太陽大氣層的底部,這壹區間叫對流層。這壹層氣體性質變化很大,很不穩定,形成明顯的上下對流運動。這是太陽內部結構的最外層。太陽對流層外是太陽大氣層。太陽大氣層從裏向外又可分光球層(又稱為光球)、色球層(又稱為色球)和日冕。我們看到耀眼的太陽,就是太陽大氣層中光球發出的強烈的可見光。光球層位於對流層之外,屬太陽大氣層中的最低層或最裏層,光球層的厚度約為500千米,與約70萬千米的太陽半徑相比,好似人的皮膚和肌肉之比。我們說太陽表面的平均溫度約6000攝氏度,指的就是這壹層。光球層之外便是色球層。平時由於地球大氣把強烈的光球層可見光散射開,色球層便被淹沒在藍天之中。只有在日全食的時候才有機會直接飽覽色球層紅艷的姿容。太陽色球層是充滿磁場的等離子體層,厚約2500千米。其溫度從裏向外增加,與光球層頂銜接的部分約4500攝氏度,到外層達幾萬攝氏度。密度則隨高度增加而減低。整個色球層的結構不均勻,由於磁場的不穩定性,太陽高層大氣經常產生爆發活動,產生耀斑現象。
日冕是太陽大氣的最外層。日冕中的物質也是等離子體,它的密度比色球層更低,而它的溫度反比色球層高,可達上百萬攝氏度。日全食時在日面周圍看到放射狀的非常明亮的銀白色光芒即是日冕。
太陽內核的狀態是驚人的,溫度可達1560萬攝氏度,壓力相當於2500億個大氣壓。內核的氣體被極度壓縮以至於它的密度是水的150倍。
太陽釋放的能量每秒高達38600億億兆瓦,它是由核聚變反應產生的。每秒大約有7億噸的氫原子被轉化為大約6.95億噸的氦原子並放出500萬噸的以伽馬射線為形式的能量。由於射線向球體表面射出,能量不斷地被吸收和散發,使得溫度不斷降低,所以才有內外巨大的溫度差和基本的可見光。對流輸出的能量至少比輻射發散的能量高20%。
太陽表面的黑子
太陽黑子的本影和半影
太陽的外表面被稱作光球,溫度約為5800攝氏度。太陽黑子屬於太陽上“涼爽”的地方,僅為3800攝氏度(它們之所以看起來比較暗是因為與周圍地區比較的緣故)。太陽黑子可以很大,直徑可達50000千米。太陽黑子的產生是由於復雜且目前又不為人所掌握的來自太陽磁力區的作用所產生的。處在光球之上的壹個小範圍被稱作色球。在色球之上既闊又稀的物質成為日暈,向太空綿延數百千米,但它只有在日食時才能被觀測到。日暈的內部溫度超過100萬攝氏度。
太陽黑子是光球層上大的黑暗區域,在明亮的光球反襯下,就顯出黑色斑點。1989年3月5日~18日觀測到的太陽表面的壹群黑子,其面積與70個地球的面積相當。當年3月10日黑子群爆發大耀斑,放出帶電粒子和輻射,使地面多處無線電通訊中斷。
發展完全的太陽黑子是由較暗的核(本影)和圍繞它的較亮部分(半影)構成的,形狀像壹個淺碟。太陽黑子是太陽活動最明顯標誌之壹。太陽黑子的突出特點是具有強大的磁場,範圍從小太陽黑子的0.05特(T)到大太陽黑子的0.4特不等。黑子最多的年份稱太陽活動極大年,最少的年份稱太陽活動極小年。太陽活動的平均周期約為11年。光球上還有壹些比周圍更明亮的區域,叫光斑。它與黑子常常相伴而生。
日珥是出現在色球層上的明亮熾熱的突出物。壹般情況下被日暈所淹沒,需用精制光譜儀或幹涉濾光片才能看到;日全食時則清楚可見。其溫度大約為5000~10000攝氏度,形態多變,和太陽黑子壹樣,周期約為11年。
太陽的磁場作用力極大(按地球標準)並且十分復雜。它的磁層範圍甚至大大超過了冥王星。
除了光和熱,太陽還發散壹種低密度的粒子流(多半為電子和質子),形成太陽風,以450千米/秒的速度在太陽系中傳播。太陽風和高能量粒子在太陽上閃光時發射,會對地球上的潮浪及無線電通訊造成影響,並會由此產生極光。