3.1 太阳和太阳能

3.1.1 太阳的结构和组成

图3-1 太阳大气结构示意图

太阳大气的结构可分为三个层次：最里层为光球层，中间为色球层，最外面为日冕层，如图3-1所示。

（1）光球层。我们平常所见太阳的那个光芒四射、平滑如镜的圆面，就是光球层。它是太阳大气中最下面的一层，也就是最靠近太阳内部的那一层，厚度500km左右，仅约占太阳半径的万分之七，非常薄。其温度在5700K左右，太阳的光辉基本上就是从这里发出的。它的压力只有大气压力的1%，密度仅为水密度的几亿分之一。

（2）色球层。在发生日全食时，在太阳的四周可以看见一个美丽的彩环，那就是太阳的色球层。它位于太阳光球层的上面，是稀疏透明的一层太阳大气，主要由氢、氦、钙等离子构成。厚度各处不同，平均厚度为2000km左右。色球层的温度比光球层要高，从光球层顶部的4600K到色球层顶部，温度可增加到几万K（热力学温度），但它发出的可见光的总量却不及光球层。

（3）日冕层。在发生日全食时，我们可以看到在太阳的周围有一圈厚度不等的银白色环，这便是日冕层。日冕层是太阳大气的最外层，在它的外面，便是广漠的星际空间。日冕层的形状很不规则，并且经常变化，同色球层没有明显的界线。它的厚度不均匀，但很大，可以延伸到5×106～6×106km的范围。它的组成物质特别稀少，密度只有地球高空大气密度的几百分之一。亮度也很小，仅为光球层亮度的百万分之一。可是它的温度却很高，达到100多万K。根据高度的不同，日冕层可分为两个部分，高度在1.7×105km以下的范围叫内冕，呈淡黄色，温度在106K以上；高度在1.7×105km以上的范围叫外冕，呈青白色，温度比内冕略低。

太阳的物质，几乎全部集中在内部，大气在太阳总质量中所占比重极小，可以说是微不足道。在太阳内部的最外层，紧接着光球的，是对流层。这一区域的气体，经常处于升降起伏的对流状态。它的厚度大约为几万千米。

利用太阳光谱分析法，已经初步揭露出了太阳的化学组成。目前在地球上存在的化学元素，大多数在太阳上都能找到。地球上的100多种自然元素中，有66种已先后在太阳上发现。构成太阳的主要成分是氢和氦。氦的体积占整个太阳体积的78.4%，氦的体积占整个太阳体积的19.8%。此外，还有氧、镁、氮、硅、硫、碳、钙、铁、铝、钠、镍、锌、钾、锰、铬、钴、钛、铜、钒等60多种元素，但它们所占比重极小。从太阳系形成角度出发，应该说地球上有的太阳上都应该有。

太阳是距离地球最近的一颗恒星。地球与太阳的平均距离，最新测定的精度数值为149597892km，一般可取为1.5×108km。

太阳的直径为139530km，一般可取为1.39×106km，相当于九大行星直径总和的3.4倍，比地球的直径大109.3倍，比月球的直径大400倍。太阳的体积为1.412×1018km，为地球体积的130万倍。我们肉眼之所以看到太阳和月亮的大小差不多，那是因为月亮同地球的平均距离仅为384400km，不足太阳同地球平均距离的四百分之一。

图3-2 太阳内部结构示意图

太阳的质量，据推算，约有1.982×1027t，相当于地球质量的333400倍。

标准状况下，物体的质量同它的体积的比值，称为物体的密度。太阳的密度，是很不均匀的，外部小，内部大。由表及里逐渐增大，太阳的中心密度为160g/cm3，为黄金密度的8倍，是相当大的，但其外部的密度却极小。就整个太阳来说，它的平均密度为1.41g/cm2，约等于水的密度（在4℃时为1g/cm3）的1.5倍，比地球物质的平均密度5.5g/cm3要小得多，这就是太阳的外观。如图3-2是太阳内部结构示意图。