日與月

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Published on December 12, 2016

Author: ssuser9f763b

Source: slideshare.net

1. 主題:日與月 主講:鄭傑文 天文社第五次社課

2. 太陽 THE SUN 日與月 2

3. 太陽的 物質狀態 太陽是一顆由電漿體(plasma)組成的球體。 日與月 3 ★ 電漿體又稱為等離子體,為氣態 持續加熱所形成,氣體分子中 環繞原子的電子部分或全部變 成 自由電子,稱之為電離作用。

4. 日與月 4 太陽分層結構圖

5. • 內部結構➠ ✡核心 ~太陽半徑的10% ✡輻射層 ~核心向外到75% ✡對流層 ~厚度15萬km • 大氣結構➠ ✡光球層 ~溫度5800K ✡色球層 ~溫度4200~數萬K ✡日冕層 ~溫度約100萬K 太陽 SUN 日與月 5 Stratified Structure

6. 內部結構 INTERNAL STRUCTURE 日與月 6 • 包含太陽在內的每一顆恆星都是沒有明顯分層 的氣態(電漿態)球體,因此天文學家將會發出強 烈白光且光線無法穿透的球面作為太陽的表面, 而該球面即為光球層(photosphere)。以光球層為 分界把太陽分為內部和大氣結構。 • 內部結構由內而外依序是核心(core)→輻射層 (radiation zone)→對流層(convection zone)。

7. 核心層 CORE 日與月 7 • 核心最主要的功能就是發生核融合反應,為太 陽絕大多數的能量供應來源。為何核心能發生 核融合反應呢? • 溫度、密度、封閉(維持)時間是發生核融合反應 的三要素,此外還需借助核力,而太陽是利用 其巨大重力將發生反應的電漿封閉在核心處。 • 由於氫原子核及氦原子分別為核融合的反應物 和產物,因而太陽約有74%是H原子、25%是He 原子。

8. 核心層 CORE 日與月 8 • 太陽核心約占太陽總質量的50%,太陽半徑的10%, 也因此此處為極高壓狀態(約為2500億atm)。 • 此處的溫度介於700萬~1500萬K。 • 以每秒消耗數億噸的氫,生成數億噸的氦。 (產能功率:3.826 ∗ 1026 瓦) (核融合可以下式簡介之: 4個氫→1個氦+能量+ 2個微中子)

9. 輻射層 RADIATION ZONE 日與月 9 • 此處已無足夠條件進行核融合,因此核心產生 的能量在此逐漸以輻射的方式向外傳遞。 • 而來自核心的γ射線與X射線光子,不斷與輻射 層的粒子碰撞,被物質粒子吸收後再輻射,最 後以可見光的形式傳至表面。 (能量欲從底層傳至表面約需30~50萬年) • 此層半徑約是太陽半徑的25~75%。 • 輻射層溫度約為200萬~700萬K。

10. 對流層 CONVECTION ZONE 日與月 10 • 占太陽半徑為75%以外,溫度5800K~200萬K。 • 因此層高低層溫差及密度差皆大,產生熱對流, 有別於輻射層緩慢的傳遞,此層只需數天時間。 • 此處太陽赤道自轉轉速較高緯度地區快,因而 與均勻自轉的輻射層間形成差旋層,被認為是 太陽磁場的發生處。 • 對流在太陽表面(光球層)呈現米粒與超米粒組織。

11. 外部結構 OUTERNAL STRUCTURE 日與月 11 • 由光球層(Photosphere)、色球層(Chromosphere)、 日冕層(Corona)以及太陽圈組成太陽外部的大氣。

12. 光球層 PHOTOSPHERE 日與月 12 • 此處的厚度約為100公里,溫度約為5800K。 • 為實際可見的太陽表面,由於所看到的邊緣處 是溫度與密度均較低的表層,因此比中間來的 暗,特稱為臨邊昏暗。 • 在此面可見大小約1500公里的米粒組織,以及 溫度略低的太陽黑子(4000K)。

13. 太陽黑子與米粒組織 SUNSPOTS & GRANULATION 日與月 13 ✡由於對流層中電漿的運動產生複雜的磁場,因 而在太陽四周製造了許多磁力線,並且在磁力線 突出處產生成群的太陽黑子。 ✡太陽黑子所在處為溫度較低的地方,約為4000K, 雖說太陽黑子因溫度較周遭表面低而呈現黑色, 但實際上其照度相似於滿月,黑子大小不一。 ✡太陽黑子的位置與數量呈週期性變化(11年),由 中緯度漸移至低緯度,黑子壽命約為數周。

14. 日與月 14

15. 太陽黑子與米粒組織 SUNSPOTS & GRANULATION 日與月 15 ✡米粒組織肇因於對流層翻滾沸騰的對流泡,上 升的熱氣流在光球層釋放熱能並降溫下沉,而米 粒組織留存的時間平均約為10分鐘。 ✡而尺度及存續時間較大的稱之為超米粒組織。

16. [IMAGE] 太陽黑子&米粒組織 日與月 16 米粒組織 太陽黑子 本影Umbra 半影Penumbra 中央溫度比四周 溫度略高300K

17. 色球層 CHROMOSPHERE 日與月 17 • 此層厚度約數千公里,發光強度低於光球層許 多,因此只有在日全食時有機會看見其略呈紅 色(玫瑰色)。 • 色球層的溫度隨高度增加而上升,大致可分三 個部分:前兩個階段緩慢升溫,在最後約400公 里厚的高層急遽升至數萬度,且在不到5000公 里過渡到日冕的百萬度以上之高溫。 • 自光球層噴射至色球層,形似針草狀,稱為針 狀體。

18. 日冕 CORONA 日與月 18 • 日冕層厚達數百萬公里,可達太陽的數十倍直 徑,此區域溫度可達100萬K以上。 • 與色球層相同,只能在日食時看見(白色)。 • 此層可見許多天文景象,如日珥(Solar Prominence)、閃焰(Solar Flare)。 • 在磁力線呈拱狀處,電漿順勢運動,並在邊緣 形成日珥,若在表面看見則稱為暗條。 • 磁力線斷裂→日冕物質拋射→太陽風與大氣碰 撞,進入地球南北極成極光。

19. 太陽圈 & 日鞘 日與月 19 • 太陽圈的範圍一路向外延伸至冥王星與鬩神星 的軌道之外,包含整個柯伊伯帶(古柏帶)的太陽 系。 • 太陽圈充斥著強烈而高速的太陽風,至外圍與 星際物質碰撞溫度遽升並減速形成終端震波。 • 日鞘為終端震波外圍的區域,呈盾狀或彗星狀。 • 太陽風最後與星際物質達平衡,形成太陽層頂, 而星際物質於太陽層頂外減速形成盾形震波。

20. [IMAGE] 太陽圈&日鞘 日與月 20

21. 月球 THE MOON 日與月 21

22. 日與月 22 • 月球跟地球的比例很大,月地直徑比例為27%, 而火衛一與火星為0.34%,僅次於冥衛凱倫與冥 王星的比例50%。 • 月球與太陽視直徑幾乎相等:日地距離為月地距 離的400倍且太陽大小也約為月球大小的400倍。 • 潮汐鎖定:因月球岩盤長年受地球引力作用而變 形並改變自轉速度,使月球將最難變形的面固 定朝向地球→呈西洋梨形狀。 • 因為月球自轉軸的晃動(天平動Libration),導致 我們自地表可見的月表並非50%,而是約59%。 • 月表漆黑處為平原,白色處為撞擊坑密集之山 地。

23. 日與月 23

24. 表面地形 日與月 24 • 月海 →多分布在正面、表面較暗處。 →由黑色玄武岩構成。 →大範圍稱為洋。 • 隕石坑 →月球主要地形。 →中央低平周圍隆起。 →正反面皆分布。 大碰撞說 ↓ 前酒海紀 ↓ 酒 海 紀 ↓ 雨 海 紀 ↓ 愛拉托遜紀 ↓ 哥白尼紀

25. 月球背面 日與月 25 • 月球背面的地形是一大堆起伏不平的撞擊坑, 且月海分布較少。 • 月背南極地區的南極-艾特肯盆地為太陽系第二 大之隕石撞擊坑。 • 月球背面 月球暗面(除滿月時相等)。

26. 內部結構 INTERNAL STRUCTURE 日與月 26

27. 參考資料 日與月 27 • 《一看就懂!宇宙的奧秘》(2011) • 《HOW IT WORKS知識大圖解》(2015/8) • 《天文學趣談》 (1988) • 天文學概論:我們的太陽 (http://www.phys.ncku.edu.tw/~astrolab/New_page/e_book/sun/sun.html#inte rnal) • 一中天文24屆社課講義 • 奇妙的物質第四態─電漿 (https://scitechvista.nat.gov.tw/zh- tw/articles/C/0/1/10/1/110.htm) • GOOGLE圖片、WIKIPEDIA

28. 感 謝 聆 聽! THANKS FOR YOUR LISTENING! 日與月 28

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