[科普中國]-真太陽

簡介

真太陽就是太陽，是位于太陽系中心的恒星，它幾乎是熱等離子體與磁場交織著的一個理想球體。太陽直徑大約是1392000（1.392×10?）千米，相當于地球直徑的109倍；體積大約是地球的130萬倍；其質(zhì)量大約是2×103?千克（地球的330000倍）。從化學(xué)組成來看，太陽質(zhì)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(zhì)量少于2%，采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(nèi)部邊緣獵戶臂的本地泡區(qū)中的本星際云。在距離地球17光年的距離內(nèi)有50顆最鄰近的恒星系（與太陽距離最近的恒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60億年之后，太陽內(nèi)部的氫元素幾乎會全部消耗盡，太陽的核心將發(fā)生坍縮，導(dǎo)致溫度上升，這一過程將一直持續(xù)到太陽開始把氦元素聚變成碳元素。雖然氦聚變產(chǎn)生的能量比氫聚變產(chǎn)生的能量少，但溫度也更高，因此太陽的外層將膨脹，并且把一部分外層大氣釋放到太空中。當轉(zhuǎn)向新元素的過程結(jié)束時，太陽的質(zhì)量將稍微下降，外層將延伸到地球或者火星運行的軌道處（這時由于太陽質(zhì)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云內(nèi)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，使用恒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(zhì)是45.67億年非常的吻合。太陽在其主序的演化階段已經(jīng)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(zhì)在太陽的核心轉(zhuǎn)化成能量，產(chǎn)生中微子和太陽輻射。以這個速率，太陽大約轉(zhuǎn)化了100個地球質(zhì)量的物質(zhì)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(zhì)量爆發(fā)成為超新星，替代的是，在約50億年后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(jié)果產(chǎn)生的熱量持續(xù)增加，傳導(dǎo)到外層，使其向外膨脹。當核心的溫度達到1億K時，氦聚變將開始進行并燃燒生成碳。由于此時的氦核心已經(jīng)相當于一個小型“白矮星”（電子簡并態(tài)），熱失控的氦聚變將導(dǎo)致氦閃，釋放的巨大能量使太陽核心大幅度膨脹，解除了電子簡并態(tài)，然后核心剩余的氦進行穩(wěn)定的聚變。從外部看，太陽將如新星般突然增亮5～10個星等（相比于此前的“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(xiàn)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(xiàn)有的200倍，表面可能將膨脹至地球現(xiàn)有的軌道——1AU（1.5×10m）。然而，當太陽成為漸近巨星分支的恒星時，由于恒星風(fēng)的作用，它大約已經(jīng)流失30%的質(zhì)量，所以地球的軌道會向外移動。如果只是這樣，地球或許可以幸免，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(xiàn)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(xiàn)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(tài)存在于地球表面，而使地球上所有的生物趨于滅絕。

繼紅巨星階段之后，激烈的熱脈動將導(dǎo)致太陽外層的氣體逃逸，形成行星狀星云。在外層被剝離后，留存下來的就是恒星炙熱的核心——白矮星，并在數(shù)十億年中逐漸冷卻和黯淡。這是低質(zhì)量與中質(zhì)量恒星演化的典型。1

真太陽日、時定義太陽視圓面中心連續(xù)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(tǒng)稱為真太陽時。因此，為了和人們的日常生活習(xí)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(zhuǎn)周期。

由于地球公轉(zhuǎn)的原因，真太陽日并不等于地球自轉(zhuǎn)的恒星周期（恒星日），而是比恒星日約長3分56秒。又由于地球公轉(zhuǎn)軌道是橢圓形的，根據(jù)開普勒定律，在近日點的公轉(zhuǎn)速度快于在遠日點的公轉(zhuǎn)速度，因此一年之內(nèi)不同時間的運動并不勻速，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?nèi)粘Ｉ钪?，?xí)慣的起算點是半夜（下中天），正好相差12小時。

北京標準時間與各地真太陽時的換算法真太陽時就是真太陽經(jīng)過該地子午線(上中天)時的時間，平太陽時是平太陽經(jīng)過該地子午線(上中天)時的時間，這里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，而實際并非如此，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(shù)并非相同，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(qū)，即平太陽經(jīng)過東經(jīng)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(chǔ)，再根據(jù)各地方的經(jīng)度進行校正，校正方法為，東經(jīng)120度以東的地區(qū)，每增加經(jīng)度1度就要增加4分鐘；若在東經(jīng)120度以西的地區(qū)，每減少一經(jīng)度就要在北京標準時間的基礎(chǔ)上減去4分鐘，即為該地區(qū)的標準時間(即該地方的平太陽時)。我國各大城市的經(jīng)度表，根據(jù)經(jīng)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(jīng)度一12O度)。2

與平太陽的區(qū)別由于真太陽的運行速度和時角變化率不均勻，不適于作為計量均勻時間的基準，在天文學(xué)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于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。平太陽時與平恒星時之間有相互換算關(guān)系。真太陽時與平太陽時的時刻之差即為時差。3

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(jù)，給出兩種天然的時間單位，這就是日和年?！叭铡笔侵笗円垢娴闹芷?，古時人們用圭表測日影的方法來測定日的長度，如某天正午太陽位于正南方時，表影最短，從這一時刻起算到第二天正午，太陽再次位于正南，表影最短的時間間隔就是一天，也就是一個真太陽日。

連接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恒星的時間間隔叫做恒星日，恒星日是以恒星為參考的地球自轉(zhuǎn)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(zhuǎn)周期。

恒星日總是比真太陽日要短一些。這是因為地球離恒星非常遙遠，遠到從恒星上看來，地球似乎是不動的，地球的公轉(zhuǎn)軌道相對于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，無論地球處于公轉(zhuǎn)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。 對于某地子午面來說，當完成一個恒星日后，由于太陽已經(jīng)移動，地球自轉(zhuǎn)也是自西向東，所以地球必須再轉(zhuǎn)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。

恒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，顯然更接近于真太陽日。根據(jù)真太陽日制定的時間系統(tǒng)稱為“真太陽時”。

太陽中心相繼兩次上中天所經(jīng)歷的時間。由于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。