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真太阳

真太阳是指实际存在的太阳,以别于假想的平太阳。是太阳系的中心天体,占有太阳系总体质量的99.86%。太阳系中的八大行星、小行星、流星、彗星、外海王星天体以及星际尘埃等,都围绕着太阳公转,而太阳则围绕着银河系的中心公转。

真太阳就是太阳,是位于太阳系中心的恒星,它几乎是热等离子体与磁场交织着的一个理想球体。太阳直径大约是1392000(1.392×10)千米,相当于地球直径的109倍;体积大约是地球的130万倍;其质量大约是2×10千克(地球的330000倍)。从化学组成来看,太阳质量的大约四分之三是氢,剩下的几乎都是氦,包括氧、碳、氖、铁和其他的重元素质量少于2%,采用核聚变的方式向太空释放光和热。

太阳正在穿越银河系内部边缘猎户臂的本地泡区中的本星际云。在距离地球17光年的距离内有50颗最邻近的恒星系(与太阳距离最近的恒星是称作比邻星的红矮星,大约4.2光年)。

太阳是一颗黄矮星(光谱为G2V),黄矮星的寿命大致为100亿年,太阳大约45.7亿岁。 在大约50至60亿年之后,太阳内部的氢元素几乎会全部消耗尽,太阳的核心将发生坍缩,导致温度上升,这一过程将一直持续到太阳开始把氦元素聚变成碳元素。虽然氦聚变产生的能量比氢聚变产生的能量少,但温度也更高,因此太阳的外层将膨胀,并且把一部分外层大气释放到太空中。当转向新元素的过程结束时,太阳的质量将稍微下降,外层将延伸到地球或者火星运行的轨道处(这时由于太阳质量的下降,这两颗行星将会离太阳更远)。

太阳是在大约45.7亿年前在一个坍缩的氢分子云内形成。太阳形成的时间以两种方法测量:太阳在主序带上的年龄,使用恒星演化和太初核合成的电脑模型确认,大约就是45.7亿年。这与放射性定年法得到的太阳最古老的物质是45.67亿年非常的吻合。太阳在其主序的演化阶段已经到了中年期,在这个阶段的核聚变是在核心将氢聚变成氦。每秒中有超过400万吨的物质在太阳的核心转化成能量,产生中微子和太阳辐射。以这个速率,太阳大约转化了100个地球质量的物质成为能量,太阳在主序带上耗费的时间总共大约为100亿年。

太阳没有足够的质量爆发成为超新星,替代的是,在约50亿年后它将进入红巨星的阶段,氦核心为抵抗引力而收缩,同时变热;紧挨核心的氢包层因温度上升而加速聚变,结果产生的热量持续增加,传导到外层,使其向外膨胀。当核心的温度达到1亿K时,氦聚变将开始进行并燃烧生成碳。由于此时的氦核心已经相当于一个小型“白矮星”(电子简并态),热失控的氦聚变将导致氦闪,释放的巨大能量使太阳核心大幅度膨胀,解除了电子简并态,然后核心剩余的氦进行稳定的聚变。从外部看,太阳将如新星般突然增亮5~10个星等(相比于此前的“红巨星”阶段),接着体积大幅度缩小,变得比原先的红巨星暗淡得多(但仍将比现有的太阳亮),直到核心的碳逐步累积,再次进入核心收缩、外层膨胀阶段。这就是渐近巨星分支阶段。

地球的命运是不确定的,当太阳成为红巨星时,其半径大约会是现有的200倍,表面可能将膨胀至地球现有的轨道1AU(1.5×10m)。然而,当太阳成为渐近巨星分支的恒星时,由于恒星风的作用,它大约已经流失30%的质量,所以地球的轨道会向外移动。如果只是这样,地球或许可以幸免,但新的研究认为地球可能会因为潮汐的相互作用而被太阳吞噬掉。但即使地球能逃脱被太阳焚毁的命运,地球上的水仍然都会沸腾,大部分的气体都会逃逸入太空。

即使太阳仍在主序带的现阶段,太阳的光度仍然在缓慢的增加(每10亿年约增加10%),表面的温度也缓缓的提升。太阳过去的光度比较暗淡,这可能是生命在10亿年前才出现有陆地上的原因。太阳的温度若依照这样的速率增加,在未来的10亿年,地球可能会变得太热,使水不再能以液态存在于地球表面,而使地球上所有的生物趋于灭绝。

继红巨星阶段之后,激烈的热脉动将导致太阳外层的气体逃逸,形成行星状星云。在外层被剥离后,留存下来的就是恒星炙热的核心白矮星,并在数十亿年中逐渐冷却和黯淡。这是低质量与中质量恒星演化的典型。

太阳视圆面中心连续两次上中天的时间间隔叫做真太阳日。1真太阳日又分为24真太阳时。这个时间系统称为真太阳时。因此,为了和人们的日常生活习惯一致,把真太阳时定义为:真太阳视圆面中心的时角加12小时。因为真太阳时是观测太阳视圆面中心得到的,所以真太阳时也称为视太阳时,简称视时。即:真太阳时=平太阳时+真平太阳时差。

真太阳日是以太阳为参照系的地球的自转周期。

由于地球公转的原因,真太阳日并不等于地球自转的恒星周期(恒星日),而是比恒星日约长3分56秒。又由于地球公转轨道是椭圆形的,根据开普勒定律,在近日点的公转速度快于在远日点的公转速度,因此一年之内不同时间的运动并不匀速,所以每个真太阳日的长短也不相等。

真太阳时是以真太阳视圆面中心的时角来计量的,它的起算点是真太阳上中天,而我们日常生活中,习惯的起算点是半夜(下中天),正好相差12小时。

真太阳时就是真太阳经过该地子午线(上中天)时的时间,平太阳时是平太阳经过该地子午线(上中天)时的时间,这里的平太阳是指一个假想的太阳,它在黄道上的运动是按照匀速移动的,而实际并非如此,因它的运动轨迹为一个椭圆形,所以相同时间所跑的角度数并非相同,此地的平太阳只求其平均速度而已,即n=360°/365.25天。北京标准时间为格林威治时间第八区,即平太阳经过东经120度地方的子午线(上中天)时的时间,此时的时间定为北京标准时间12点正。

将北京标准时间(即为北京的平太阳时)换算成各地方的标准时间(各地方的平太阳时),是以北京标准时间为基础,再根据各地方的经度进行校正,校正方法为,东经120度以东的地区,每增加经度1度就要增加4分钟;若在东经120度以西的地区,每减少一经度就要在北京标准时间的基础上减去4分钟,即为该地区的标准时间(即该地方的平太阳时)。我国各大城市的经度表,根据经度可计算出各地方的标准时间,其计算公式为地方标准时间=北京标准时间+4分×(地方经度一12O度)。

由于真太阳的运行速度和时角变化率不均匀,不适于作为计量均匀时间的基准,在天文学中引入平太阳。它在天赤道上作匀速运动,其速度与真太阳的平均速度相一致。一个地方的平太阳时以平太阳对于该地子午圈的时角来度量。平太阳在该地下中天的瞬间作为平太阳时零时。平太阳时与平恒星时之间有相互换算关系。真太阳时与平太阳时的时刻之差即为时差。

自古以来,地球的运动很自然地给人们提供了计量时间的依据,给出两种天然的时间单位,这就是日和年。“日”是指昼夜更替的周期,古时人们用圭表测日影的方法来测定日的长度,如某天正午太阳位于正南方时,表影最短,从这一时刻起算到第二天正午,太阳再次位于正南,表影最短的时间间隔就是一天,也就是一个真太阳日。

连接一个地方正南正北两点所得的直线为子午线,子午线和铅垂线所决定的平面是正南正北方向的子午面。某地天文子午面两次对向同一恒星的时间间隔叫做恒星日,恒星日是以恒星为参考的地球自转周期。

如果把时间单位,定义为某地天文子午面两次对向太阳圆面中心(即太阳圆面中心两次上中天)的时间间隔,则这个时间单位就称作真太阳日,简称真时,也叫视时。它是以太阳为参考的地球自转周期。

恒星日总是比真太阳日要短一些。这是因为地球离恒星非常遥远,远到从恒星上看来,地球似乎是不动的,地球的公转轨道相对于如此遥远的距离已变作一个点了。从这些遥远天体来的光线是平行的,无论地球处于公转轨道上的哪一点,某地子午面两次对向某星的时间间隔都没有变化。比较起来,太阳离地球却近多了,从地球上看,太阳沿黄道自西向东移动,一昼夜差不多移动1度。 对于某地子午面来说,当完成一个恒星日后,由于太阳已经移动,地球自转也是自西向东,所以地球必须再转过一个角度,太阳才再次过这个子午面,既完成了一个真太阳日。

恒星日只在天文工作中使用,实际生活中我们所用的“日”是指昼夜更替的周期,显然更接近于真太阳日。根据真太阳日制定的时间系统称为“真太阳时”。

太阳中心相继两次上中天所经历的时间。由于太阳周年视运动的不均匀性,故真太阳日的长度不一样,一年中最长和最短的太阳日约差51秒。


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