《最近的恒星太阳》课件

最近的恒星太阳太阳是离我们最近的恒星，对地球生命有着决定性影响它是宇宙中数千亿颗恒星中的一员，却因其与我们的特殊关系而格外重要课程导入最近恒星太阳是离地球最近的恒星特殊地位太阳在宇宙中独特位置课程概览结构安排与学习目标恒星的定义恒星基本概念光和热的来源与行星区别自身发光的巨大气体球体内部发生核聚变反应行星不自发光，仅反射恒星光恒星的分类方法光谱分类质量分类图H-R、、、、、、七类从矮星到巨星横轴温度，纵轴亮度O BA FG KM太阳属于型恒星太阳质量适中直观展示恒星演化关系G太阳在银河系的位置银河系太阳位置螺旋星系，直径约万光年位于人马臂，距银心约万光年

102.612相对位置43绕银心运行处于银盘中部，非中心位置公转周期约亿年

2.5太阳在恒星中的特殊性距离是唯一可以近距离研究的恒星亮度中等亮度恒星，绝对星等

4.83能量每秒输出焦耳能量

3.86×10^26年龄约亿年，处于稳定中年期46太阳与人类文明农业历法崇拜建筑决定耕种周期太阳历为主要计时古埃及拉神，玛雅金字塔、巨石阵对系统太阳神准太阳方向恒星的结构组成核心核聚变区域辐射层能量辐射传播对流层物质循环对流光球层可见表面恒星的演化历程星云1气体尘埃云收缩原恒星2中心温度上升主序星3氢聚变开始巨星阶段4外层膨胀恒星晚期5根据质量决定最终命运主序星太阳示例最典型主序星代表核聚变氢转化为氦释放能量稳定期占恒星生命时间90%寿命规律质量越大寿命越短红巨星与白矮星红巨星白矮星恒星晚期膨胀阶段中小质量恒星最终归宿直径可达原来数百倍体积小，密度极高表面温度下降，呈红色不再进行核聚变太阳亿年后将成为红巨星缓慢冷却，最终熄灭50超新星与中子星大质量恒星晚期质量超过太阳倍以上的恒星8超新星爆发核心坍缩，外层剧烈爆炸中子星形成极度致密，主要由中子组成脉冲星快速自转的中子星黑洞超大质量恒星终点引力极强太阳质量倍以上恒星死亡产物连光线都无法逃脱20事件视界奇点黑洞边界，单向通行质量集中于无限小空间不同类型恒星的对比恒星类型质量太阳亮度太阳寿命=1=1型蓝色巨星数百万年O20-10010^5-10^6型如太阳约亿年G

0.8-

1.

20.6-

1.5100型红矮星万亿年M

0.1-

0.

50.001-

0.01离地球最近的恒星比邻星南门二系外行星探索难度距离仅光年距离光年双星系比邻星可能适合居用现有技术需数万

4.

244.37b统住年抵达太阳与比邻星的对比太阳比邻星型黄矮星型红矮星G M质量千克质量太阳的倍

1.989×10^

300.12直径万公里直径太阳的倍

1390.14亮度瓦亮度太阳的倍

3.86×10^

260.0017太阳与典型恒星数据对照表相对质量太阳=1相对半径太阳=1恒星形成与星际介质星际分子云引力坍缩氢气分子主要成分云气体密度增加恒星诞生温度升高核聚变点燃中心区域逐渐升温太阳的基本参数

1.39×10^6直径公里相当于109个地球

1.99×10^30质量千克约33万个地球质量5778表面温度K光球层平均温度

25.4自转周期天赤道区域自转速度最快太阳结构总览内核辐射区核聚变发生区能量通过辐射传播12表面大气层43对流区光球层、色球层和日冕能量通过对流传递太阳核心核聚变反应每秒亿吨氢转化为氦6极高温度中心温度约万1500K巨大压力中心压力超过个大气压

2.5×10^11能量产生质量转化为能量，E=mc²辐射区辐射传递光子通过吸收再发射传递能量缓慢过程光子需数万年穿过此区温度梯度从核心向外温度逐渐降低区域厚度从核心边缘延伸至太阳半径

0.7对流区热气体上升底部加热气体密度变小对流环流形成大规模环流结构冷却下沉顶部冷却气体下沉能量传递显著加速能量向外传输光球层可见表面米粒组织太阳黑子我们看到的太阳表面对流单元形成颗粒状结构较周围温度低约1500K厚度约公里每个米粒直径约公里强磁场区域5001000温度约寿命分钟呈现暗黑色5800K5-10色球层光球层之上厚度约公里的稀薄气体层2000温度特征从升至万4000K2K日全食可见呈现红色边缘环太阳闪焰爆发性能量释放现象日冕太阳外层大气超高温度延伸数百万公里温度高达万200K日全食可见加热之谜呈现珍珠白色光环温度远高于表面仍是未解之谜太阳大气分层结构图光球层1可见表面，温度5800K色球层2红色发光层，温度上升至万2K过渡区3温度急剧上升日冕4超高温外层大气，达百万K太阳黑子黑子结构包括暗部和半影区形成原因强磁场抑制对流热量传递生命周期从数天到数月不等活动规律数量随年周期变化11太阳活动周期太阳风离子流速度变化地磁屏障主要由电子和质子组从至公里秒地球磁场提供保护300800/成磁尾形成形成彗星般的磁层尾日冕物质抛射（）CME初始形成1日冕中磁场结构不稳定剧烈喷发2大量等离子体和磁场爆发行星际传播3以数百公里秒速度向外扩展/抵达地球4通常需天抵达地球1-3太阳耀斑能量释放释放相当于数亿氢弹能量磁场重联相反方向磁场线连接电磁辐射从射线到无线电波全谱段X粒子加速产生高能带电粒子太阳活动对空间环境影响太阳事件地磁扰动耀斑或发生地球磁场受到压缩和扭曲CME2技术影响极光产生43影响卫星、通信和电网高能粒子与大气相互作用太阳黑子观测历史公元前年8001中国最早黑子记录年16102伽利略望远镜观测黑子年18433施瓦贝发现年周期11年19084黑尔发现黑子磁场现代5卫星持续观测太阳活动对卫星的影响辐射增强高能粒子造成电子元件损伤大气膨胀增加低轨道卫星阻力充电效应卫星表面材料产生电荷积累信号干扰通信、导航信号传输受阻太阳风暴对地球的影响魁北克事件年太阳风暴导致全省停电1989地磁感应电流长输电线路产生强大感应电流变压器损害感应电流导致变压器过热损坏级联故障万人受影响，损失达数亿美元600太阳射线与紫外线X太阳辐射大气过滤射线纳米平流层臭氧吸收大部分紫外线X

0.01-10紫外线纳米射线被高层大气完全吸收10-400X占太阳辐射约没有大气层保护将致生命损害8%太阳变化与气候变化蒙德极小期小冰期太阳周期影响年太阳黑子欧洲气温下降约可改变太阳辐射1645-17151°C

0.1%极少量现代趋势当前变暖主因非太阳变化太阳活动的观测工具太阳能源对地球的意义太阳能发电清洁可再生能源太阳能加热建筑热水与供暖生物能源生物质能源间接来源未来前景潜力超过目前全球能源消耗太阳辐射与地球气候1361太阳常数W/m²地球轨道处太阳辐射强度342平均辐射W/m²地球表面平均接收量30%反射率地球平均反射太阳光比例

0.1%周期变化11年周期中太阳辐射变化太阳角直径与观测角直径安全观测日食现象平均约角分专用太阳滤镜全食月完全遮挡太阳32略大于月球角直径投影法间接观测环食月视直径小于太阳正好能形成日全食数字图像望远镜偏食月球部分遮挡太阳太阳光对生态系统的作用能量源头生态系统基础能量输入光合作用将光能转化为化学能食物链能量流向初级消费者次级消费者能量进一步传递分解者5物质循环完成太阳与人类健康维生素D皮肤在紫外线作用下合成昼夜节律光照调节褪黑素分泌情绪影响阳光增加血清素，改善心情健康平衡适度阳光有益，过量有害太阳与宇宙空间探索太阳帆技术太阳能推进深空探测利用光压推动航天器为离子发动机提供电力太阳能电池为探测器供电太阳天文学发展简史古代太阳崇拜，简单观测记录世纪162哥白尼日心说革命世纪173牛顿解释行星运动世纪194光谱分析揭示太阳成分世纪20核聚变理论，太空探测器太阳探测卫星介绍太阳和恒星研究的前沿进展日冕加热太阳发电机太阳风暴预报为何外层比表面温磁场产生机制研究提高预测准确度研度高？究中微子探测解析太阳内部核聚变中国太阳天文探测进展国家太阳观测站青海建设世界级地面太阳观测夸父一号中国首颗太阳探测卫星计划一米新真空太阳望远镜云南天文台高精度观测设备研究团队国内多家科研机构开展尖端研究课程总结与展望恒星本质太阳特殊性核聚变驱动的自发光天体生命之源，最近恒星未来方向研究意义近距离太阳探测，内部结构解析理解宇宙，应对太阳风暴。