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太陽的構造--入門篇

太陽直徑大約139萬公里，質量大約2.2×10²⁷噸；是地球質量的33.2萬倍，體積則比地球大130萬倍。它是一個熾熱的氣態球體，平均密度為地球的四分之一。太陽主要組成氣體為氫(占80％)和氦(占19％)。內部持續進行著氫聚合成氦的核融合反應，所以才能不斷地釋放出能量。
太陽從中心向外可分為「內核(核反應)區」、「輻射層」、「對流層」和「大氣層」。但由於太陽外層氣體的透明度極差，人類只能夠直接觀測到太陽的大氣層，太陽大氣層從內向外分為「光球層」、「色球層」和「日冕」三層。

(P.S.小質量恆星只有對流層  太陽等中質量恆星內輻射外對流  大質量恆星內對流外輻射)

以下為詳細介紹 

太陽中心：

1.內核區：

位置：在太陽平均半徑23％(0.23R)的區域
溫度：約8×10⁶～4×10⁷K
密度：水的150倍
其他資料：
內核區占太陽總質量之40％，總體積之15％；此部分產生的能量占太陽產生總能量之90％。
氫聚合時放出γ射線，當它經過較冷區域時由於消耗能量，波長增長，變成X射線或紫外線及可見光。
由此處融合產生的能量，須歷經百萬年才能傳抵太陽表面。 

2.輻射層：

位置：0.23～0.7R
溫度：1.3×10⁵ K
密度：0.079 g/cm³
其他資料：
    此層太陽之物質是熱且黏稠的，雖然仍能將熱輻射向外傳輸，但這個區域內「無熱對流產生」，熱能的傳輸全靠氫和氦的輻射-離子發射的光子，但只能傳遞很短的距離就會被其他的離子再吸收，因此距離中心越遠的地方，溫度就會越低。
來自核心的γ射線與X射線光子，不斷與層內物質粒子相碰撞，被物質粒子吸收後再輻射，光子平均每走不到1公分就與物質粒子碰撞一次，光子飛不遠就會因為這種情形的發生而消失或轉向。所以這些由核心以「光」形式向外傳遞的能量，大約需經過一百萬年才能抵達太陽表面。

3.對流層：

位置：0.7R至可見的太陽表面之間
溫度：
    對流層底部的溫度約為2,000,000K，這樣的溫度已經低到足夠讓較重的離子(ex：碳、氮、氧、鈣、鐵)捕捉住一些電子，使得此層變得幾乎不透明，輻射線變得更難以穿透。伴隨著輻射被阻擋的熱能，最後終將使流體被加熱然後沸騰，而產生對流。對流運動能迅速的將熱量帶至表面，同時流體在上昇的過程中膨脹和冷卻，到達可見的表面時，溫度已經降至6,000K
密度：只有10^-8 g/cm³
其他資料：
    此處的太陽物質不再高熱與黏滯，電子也開始被原子核束縛住，所以熱能由內向外的傳遞不再依靠輻射，而是經由熱對流產生熱柱，讓熱的物質將能量攜帶至太陽的表面，形成米粒組織和超米粒組織。一旦表面溫度下降，這些物質便會往下沉降，再回到對流層內，甚至會回到最深處，從輻射層的頂端再接收熱能。在輻射層頂與對流層底之間，被認為還有「熱對流超越區」(Convective overshoot)，由一些騷亂的亂流將能量由輻射層頂帶到對流層底。

太陽的大氣層:

4.光球層：
位置：太陽外部，即人肉眼所見之太陽表面，厚約500公里
溫度：5762K
密度：10^-6 g/cm³
其他資料：
    由強烈電離化的氣體組成太陽絕大部分之輻射都是由此向太空發射。光球層以下的太陽對可見光是不透明的，陽光從光球向外傳播進太空之中，並將能量也帶離了太陽。
仔細觀測可看到尺度大小約為1000公里的米粒組織，此一結構是由對流所造成的。另外可看到太陽黑子!

5.大氣層：
位置：
    分佈於太陽光球層外面，由極稀薄的氣體所組成，厚約數百公里，呈現幾乎是透明的太陽大氣層
其他資料：
    大氣層可以透過各種不同的電磁頻譜，從無線電經過可見光到γ射線來觀察。太陽的大氣層可以區分為五個部份，最底部為溫度最低的色球，往上是很薄的過渡帶，然後是日冕，最外面是太陽圈(heliosphere)。太陽圈是太陽大氣的最外層，密度非常稀薄，並且至少越過冥王星的軌道，在與星際物質遭遇的邊界處稱為日鞘(heliopause)，並形成震波前緣。

6.色球層：
位置：光球之上500公里處
溫度：4,000K
其他資料：
    大部分由氫和氦組成。在這種溫度下簡單分子(ex:一氧化碳、水)都能夠存在，從吸收光譜中能夠檢測到它們的譜線。色球層外是深入太空的銀白色日冕，其溫度隨高度上升而增加，頂端溫度可達100,000K，高度有時達幾十個太陽半徑。
太陽的邊緣氣體密度很低，使得此部份的發光強度，只有光球的萬分之一。在日全蝕中，只有當月面剛好把光球全部遮擋時，才能看到玫瑰色的色球層。

7.過渡區：
位置：色球層之上
溫度：從100,000K快速的增加到與日冕相同的1,000,000K
其他資料：
    溫度的增加使過渡區中的氦完全被游離。過渡區沒有明確之高度界線，而在色球上造成了被稱為針狀體(spicule)和色球暗條(filament)的現象，持續卻混亂的運動好似光輪運轉不止。

8.日冕：
位置：太陽大氣層向外延伸的部分，和太陽風一起充滿了整個太陽系和日球的空間。
其他資料：
密度在最接近太陽處的日冕底部，粒子數密度為10¹⁴/m³~10¹⁶/m³，延伸到地球軌道附近的日冕密度為10¹⁷/m³。日冕的溫度有數百萬K，目前還沒有理論可以完整的說明日冕的高溫。日冕的溫度雖然很高，但密度很低，因此所含的熱量很少。

9.太陽風：略

從太陽之構造可知，太陽並不是一個溫度恆定的黑體，而是一個具多層結構，且每層結構會發射不同波長之電磁波，也會吸收不同波長之電磁波的輻射體。不過在太陽能利用中通常將它視為一個溫度為6000K，發射波長為0.3～3μm的黑體輻射球體。

太陽能量以輻射和對流的方式由核心向表面傳遞熱量，溫度也從中心向表面逐漸降低。由核聚變可知，氫聚合成氦在釋放巨大能量的同時，每1克質量將虧損0.00729g。根據目前太陽產生核能的速率估算，其氫的儲量足夠維持600億年。

(補充:

各種質量恆星內部構造

在溫度梯度足夠時，對流是能量轉移的主導方式，氣體在一個特定的小包內，如果經由絕熱過程輕微的上升，它便會在恆星內持續的上升。在這種情況下，如果它比周圍的環境稍為溫暖一些，上升中的小包是有浮力的，並且會繼續上升；如果上升中的小包比周圍的氣體冷，它將會落回它原來的高度。在溫度梯度較低和透明度低的區域，能量將通過輻射來轉移，而輻射成為能量轉移的主導。

主序星內部的結構取決於恆星的質量。

質量與太陽相近的恆星(0.3–1.5太陽質量)，包括太陽，不需要太大的溫度梯度，氫轉換成氦的融合主要通過質子-質子鏈進行。因此，內部的能量轉移輻射為主導。質量與太陽相近的恆星，在外圍的部份溫度夠低，因此氫呈現中性，對紫外光是不透明的，所以對流成為主導。因此，質量與太陽相近的恆星有著輻射的核心，在外圍則是對流的殼層。

質量稍大的恆星(質量大於1.5太陽質量)，核心的溫度大約超過{\displaystyle 1.8\times 10^{7}} K，所以氫融合成氦的過程主要是碳氮氧循環。在碳氮氧循環，能量孳生率是溫度的15次方，而質子-質子鏈的孳生率只是溫度的4次方。由於碳氮氧循環對溫度的高度敏感，在恆星內部的溫度梯度已經足以在核心造成對流。在恆星的外圍部份，溫度梯度更低，但溫度足夠高到使得氫幾乎完全都被電離，所以恆星仍然以紫外線的形式輻射出能量。所以大質量的恆星外面是輻射的殼層。

在主序帶上質量最低的恆星沒有輻射層，主導能量傳輸的機制是對流。巨星也幾乎全都是對流。)

全文完

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