太陽是日全食中最重要的觀測目標,是產生一係列壯觀景象的重要天體。日全食期間是探索其未知奧秘的大好機會。因此我們有必要對太陽本身的知識做一個簡單的介紹,以使讀者更好地欣賞日全食美景。
一、太陽概況
太陽是銀河係中一顆普通的恒星,但對於我們人類來說卻是宇宙中最為重要的一顆恒星。它距離銀河係的中心約2.6萬光年,繞銀河係中心的公轉周期約2億年,運行速度約為250千米/秒。太陽目前位於主序階段,從它誕生到現在已有50億年的曆史,估計其壽命還有50億年(到白矮星階段)。
太陽是一個不斷燃燒的、自身發光發熱天體,半徑為69.6萬千米(是地球半徑的109倍,地球體積的130萬倍),質量為1.989×1030千克,是地球質量的33萬倍(地球質量為5.97×1024千克),平均密度為1.408克/厘米3(是地球密度的1/4),太陽的質量占太陽係總質量的99.865%,表麵重力加速度為274米/秒2(地球表麵值的27倍),它以強大的引力控製著太陽係的其他天體(包括我們地球)在各自軌道上運行。
地球上除原子能、火山和地震外,太陽能是一切能量的源泉。太陽每分鍾發出的能量大約為2.27×1028焦,而地球上隻接收太陽總輻射能的二十二億分之一,它相當於燃燒4億噸煤產生的熱量或者100億億千瓦時電的能量。因此可以說太陽能是取之不盡、用之不竭的清潔能源。
和地球相同的是,太陽也有自己的自轉,但是太陽的自轉又同地球不同,在太陽不同緯度的地方,其自轉角速度是不同的,赤道區轉速快,極區轉速慢,在赤道處自轉周期約25天,極區約35天,這種現象被稱為太陽的較差自轉。
二、太陽的物質、結構及活動
太陽是一個燃燒的大火球,那麼它是由什麼物質組成的呢?太陽上最主要的物質是氫,它占了總物質的71%,其次是氦,約占27%,剩下的就是其他的一些重元素,如鐵、鎂等。太陽的內部結構我們隻能知道大概的情況,其細節依賴於所建立的模型,具有不確定性。從裏向外主要分為核反應區(日核)、輻射區、對流區或稱為對流層。對流層之外就是太陽大氣,分別為光球層、色球層和日冕。
⑴核反應區(0~0.25R):這個區域質量占太陽總質量的一半以上(密度為160克/厘米3),是太陽能量的主要來源,溫度在1500萬~2000萬開。其產能機製就是氫聚變為氦的熱核反應,每秒有約500萬噸的氫在熱核反應中形成氦而產生能量。
⑵輻射區(0.25~0.71R):核反應區產生的能量以輻射的形式經由輻射區向外傳送。在這裏,通過對來自核反應區高能光子的反射、吸收、再發射等形式而實現能量傳遞,經過無數次的反射、再吸收、再輻射的漫長過程,使得高能光子逐漸變為可見光和其他形式的輻射傳遞到對流區。
⑶對流層(0.71~1R):這裏的太陽物質由於溫度、壓力、密度等變化很大而變得不穩定,從而形成劇烈的湍流對流運動。該層中的物質以對流的形式向外傳遞能量,對流產生的氣泡狀結構以光球層中看到的米粒和超米粒的形式在表麵表現出來。
⑷光球層:光球層就是人眼所看見的明亮圓盤,我們所看到的絕大多數可見光都從這個區域發出,太陽的半徑就是依據這個圓麵的界限確定出來的,其厚度約500千米,溫度5770開,物質密度約10-9克/厘米3。光球麵上最明顯的現象就是太陽黑子,它是光球麵上經常出沒的暗黑斑點;因溫度相對較低而顯得黑(約4500開),太陽黑子的本質是太陽上的磁場聚集區。黑子具有一係列的特點和變化規律,有興趣的讀者可查閱相關的書籍和文獻。
⑸色球層:光球層之上厚約2000千米的太陽大氣就是色球層,其密度約為10-12克/厘米3,比光球物質要稀薄得多,輻射量也很低,因此通常我們不能夠直接看到它,隻有在日全食或用色球望遠鏡才能看到。日全食發生時,當光球被月亮逐漸完全淹沒,在黑太陽的周圍出現一個紅色的環圈,一個非常美麗的玫瑰紅光環,上麵也許還有跳動著的火舌,這就是太陽色球。
觀測日全食時,一定不要錯過觀看色球出現的美麗時刻,因為它隻出現在從食甚到生光幾秒鍾的時間內,所以你一定要非常關注才行。如果你夠幸運,還能看到那個跳動的形狀像耳朵的“火舌”,它叫做日珥,是出現在太陽色球層上的一種太陽活動現象,是突出在日麵邊緣的白熾氣體噴射物,形狀似耳,高度可達幾十萬千米。日珥可分為寧靜日珥和爆發日珥,寧靜日珥懸浮於色球上的日冕區,可保持幾天到幾周的時間,而爆發日珥隻能持續幾分鍾到幾個小時。就是說,它們並不是隨時都能看到的,也許在日全食的那幾分鍾裏剛好有日珥出現,這樣我們就能目睹它的芳容了,也許會看不到,這是很正常的。