真太陽

真太陽

真太陽是指實際存在的太陽,以別於假想的平太陽。是太陽系的中心天體,占有太陽系總體質量的99.86%。太陽系中的八大行星、小行星、流星、彗星、外海王星天體以及星際塵埃等,都圍繞著太陽公轉,而太陽則圍繞著銀河系的中心公轉。

太陽介紹

真太陽就是太陽,是位於太陽系中心的恆星,它幾乎是熱電漿與磁場交織著的一個理想球體。太陽直徑大約是1392000(1.392×10⁶)千米,相當於地球直徑的109倍;體積大約是地球的130萬倍;其質量大約是2×10³⁰千克(地球的330000倍)。從化學組成來看,太陽質量的大約四分之三是氫,剩下的幾乎都是氦,包括氧、碳、氖、鐵和其他的重元素質量少於2%,採用核聚變的方式向太空釋放光和熱。

太陽正在穿越銀河系內部邊緣獵戶臂的本地泡區中的本星際雲。在距離地球17光年的距離內有50顆最鄰近的恆星系(與太陽距離最近的恆星是稱作比鄰星的紅矮星,大約4.2光年)。

太陽是一顆黃矮星(光譜為G2V),黃矮星的壽命大致為100億年,太陽大約45.7億歲。 在大約50至60億年之後,太陽內部的氫元素幾乎會全部消耗盡,太陽的核心將發生坍縮,導致溫度上升,這一過程將一直持續到太陽開始把氦元素聚變成碳元素。雖然氦聚變產生的能量比氫聚變產生的能量少,但溫度也更高,因此太陽的外層將膨脹,並且把一部分外層大氣釋放到太空中。當轉向新元素的過程結束時,太陽的質量將稍微下降,外層將延伸到地球或者火星運行的軌道處(這時由於太陽質量的下降,這兩顆行星將會離太陽更遠)。

演化

太陽是在大約45.7億年前在一個坍縮的氫分子雲內形成。太陽形成的時間以兩種方法測量:太陽在主序帶上的年齡,使用恆星演化和太初核合成的電腦模型確認,大約就是45.7億年。這與放射性定年法得到的太陽最古老的物質是45.67億年非常的吻合。太陽在其主序的演化階段已經到了中年期,在這個階段的核聚變是在核心將氫聚變成氦。每秒中有超過400萬噸的物質在太陽的核心轉化成能量,產生中微子和太陽輻射。以這個速率,太陽大約轉化了100個地球質量的物質成為能量,太陽在主序帶上耗費的時間總共大約為100億年。

太陽沒有足夠的質量爆發成為超新星,替代的是,在約50億年後它將進入紅巨星的階段,氦核心為抵抗引力而收縮,同時變熱;緊挨核心的氫包層因溫度上升而加速聚變,結果產生的熱量持續增加,傳導到外層,使其向外膨脹。當核心的溫度達到1億K時,氦聚變將開始進行並燃燒生成碳。由於此時的氦核心已經相當於一個小型“白矮星”(電子簡併態),熱失控的氦聚變將導致氦閃,釋放的巨大能量使太陽核心大幅度膨脹,解除了電子簡併態,然後核心剩餘的氦進行穩定的聚變。從外部看,太陽將如新星般突然增亮5~10個星等(相比於此前的“紅巨星”階段),接著體積大幅度縮小,變得比原先的紅巨星暗淡得多(但仍將比現有的太陽亮),直到核心的碳逐步累積,再次進入核心收縮、外層膨脹階段。這就是漸近巨星分支階段。

地球的命運是不確定的,當太陽成為紅巨星時,其半徑大約會是現有的200倍,表面可能將膨脹至地球現有的軌道——1AU(1.5×10m)。然而,當太陽成為漸近巨星分支的恆星時,由於恆星風的作用,它大約已經流失30%的質量,所以地球的軌道會向外移動。如果只是這樣,地球或許可以倖免,但新的研究認為地球可能會因為潮汐的相互作用而被太陽吞噬掉。但即使地球能逃脫被太陽焚毀的命運,地球上的水仍然都會沸騰,大部分的氣體都會逃逸入太空。

即使太陽仍在主序帶的現階段,太陽的光度仍然在緩慢的增加(每10億年約增加10%),表面的溫度也緩緩的提升。太陽過去的光度比較暗淡,這可能是生命在10億年前才出現有陸地上的原因。太陽的溫度若依照這樣的速率增加,在未來的10億年,地球可能會變得太熱,使水不再能以液態存在於地球表面,而使地球上所有的生物趨於滅絕。

繼紅巨星階段之後,激烈的熱脈動將導致太陽外層的氣體逃逸,形成行星狀星雲。在外層被剝離後,留存下來的就是恆星炙熱的核心——白矮星,並在數十億年中逐漸冷卻和黯淡。這是低質量與中質量恆星演化的典型。

日與時

定義

太陽視圓面中心連續兩次上中天的時間間隔叫做真太陽日。1真太陽日又分為24真太陽時。這個時間系統稱為真太陽時。因此,為了和人們的日常生活習慣一致,把真太陽時定義為:真太陽視圓面中心的時角加12小時。因為真太陽時是觀測太陽視圓面中心得到的,所以真太陽時也稱為視太陽時,簡稱視時。即:真太陽時=平太陽時+真平太陽時差。

時長

真太陽日是以太陽為參照系的地球的自轉周期。

由於地球公轉的原因,真太陽日並不等於地球自轉的恆星周期(恆星日),而是比恆星日約長3分56秒。又由於地球公轉軌道是橢圓形的,根據克卜勒定律,在近日點的公轉速度快於在遠日點的公轉速度,因此一年之內不同時間的運動並不勻速,所以每個真太陽日的長短也不相等。

真太陽時是以真太陽視圓面中心的時角來計量的,它的起算點是真太陽上中天,而我們日常生活中,習慣的起算點是半夜(下中天),正好相差12小時。

換算法

真太陽時就是真太陽經過該地子午線(上中天)時的時間,平太陽時是平太陽經過該地子午線(上中天)時的時間,這裡的平太陽是指一個假想的太陽,它在黃道上的運動是按照勻速移動的,而實際並非如此,因它的運動軌跡為一個橢圓形,所以相同時間所跑的角度數並非相同,此地的平太陽只求其平均速度而已,即n=360°/365.25天。北京標準時間為格林威治時間第八區,即平太陽經過東經120度地方的子午線(上中天)時的時間,此時的時間定為北京標準時間12點正。

將北京標準時間(即為北京的平太陽時)換算成各地方的標準時間(各地方的平太陽時),是以北京標準時間為基礎,再根據各地方的經度進行校正,校正方法為,東經120度以東的地區,每增加經度1度就要增加4分鐘;若在東經120度以西的地區,每減少一經度就要在北京標準時間的基礎上減去4分鐘,即為該地區的標準時間(即該地方的平太陽時)。我國各大城市的經度表,根據經度可計算出各地方的標準時間,其計算公式為地方標準時間=北京標準時間+4分×(地方經度一12O度)。

區別

由於真太陽的運行速度和時角變化率不均勻,不適於作為計量均勻時間的基準,在天文學中引入平太陽。它在天赤道上作勻速運動,其速度與真太陽的平均速度相一致。一個地方的平太陽時以平太陽對於該地子午圈的時角來度量。平太陽在該地下中天的瞬間作為平太陽時零時。平太陽時與平恆星時之間有相互換算關係。真太陽時與平太陽時的時刻之差即為時差。

古代運用

自古以來,地球的運動很自然地給人們提供了計量時間的依據,給出兩種天然的時間單位,這就是日和年。“日”是指晝夜更替的周期,古時人們用圭表測日影的方法來測定日的長度,如某天正午太陽位於正南方時,表影最短,從這一時刻起算到第二天正午,太陽再次位於正南,表影最短的時間間隔就是一天,也就是一個真太陽日。

連線一個地方正南正北兩點所得的直線為子午線,子午線和鉛垂線所決定的平面是正南正北方向的子午面。某地天文子午面兩次對向同一恆星的時間間隔叫做恆星日,恆星日是以恆星為參考的地球自轉周期。

如果把時間單位,定義為某地天文子午面兩次對向太陽圓面中心(即太陽圓面中心兩次上中天)的時間間隔,則這個時間單位就稱作真太陽日,簡稱真時,也叫視時。它是以太陽為參考的地球自轉周期。

恆星日總是比真太陽日要短一些。這是因為地球離恆星非常遙遠,遠到從恆星上看來,地球似乎是不動的,地球的公轉軌道相對於如此遙遠的距離已變作一個點了。從這些遙遠天體來的光線是平行的,無論地球處於公轉軌道上的哪一點,某地子午面兩次對向某星的時間間隔都沒有變化。比較起來,太陽離地球卻近多了,從地球上看,太陽沿黃道自西向東移動,一晝夜差不多移動1度。 對於某地子午面來說,當完成一個恆星日後,由於太陽已經移動,地球自轉也是自西向東,所以地球必須再轉過一個角度,太陽才再次過這個子午面,既完成了一個真太陽日。

恆星日只在天文工作中使用,實際生活中我們所用的“日”是指晝夜更替的周期,顯然更接近於真太陽日。根據真太陽日制定的時間系統稱為“真太陽時”。

太陽中心相繼兩次上中天所經歷的時間。由於太陽周年視運動的不均勻性,故真太陽日的長度不一樣,一年中最長和最短的太陽日約差51秒。

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