太阳的结构研究与分析

摘要:文章通过对太阳结构的分析,发现用现在定义的太阳结构无法解决“固体核心与高温大气之间的矛盾”,也无法解决“快速剧烈的核反应与太阳长期持续反应之间的矛盾”。文章在研究了大量的天文资料之后,认为太阳应该是六层结构。

关键词:太阳结构;银核恒星;旋臂小恒星;直接核反应;间接核反应

中图分类号:P422文献标识码:A

文章编号:1009-2374 (2010)28-0082-02

太阳的直径是1.39×109米,自转周期为30天,质量是1.99×1030kg,平均密度为1.40g/cm3。太阳燃烧的是核心区积存的固态氢与氦。目前人们把太阳结构划分为核心区(热核反应区)、辐射区、对流区和太阳大气层四大部分。核心区是热核反应的地方,在该区内氢核聚变生成氦核,氦核聚变生成更高的原子核,并在巨变反应中释放出大量热能,该区是太阳能的发源地;辐射区是核反应生成的高温气体聚集区;对流区是在辐射区外形成的对流层;太阳大气层由光球、色球和日冕三小部分构成的外层气体(图1)。通过对太阳温度的推测,认为反应区的温度在107K左右,光球区的温度为6000℃左右,色球区的温度约为4500℃。

1上述太阳结构划分存在的问题

(1)固体核心与反应层直接接触存在矛盾。科学家们观察和利用先进的仪器探测证实太阳的内核确实是固体结构。从上面确定的“核心区”外延是原子核聚变反应的地方,该区的温度高达107K。在如此高的温度下,所有的物质都将变成气体。这就出现了固体核心与反应层直接接触存在矛盾。

(2)快速剧烈核反应与太阳长期持续反应的矛盾。如果太阳燃烧的是氢与氦,假设这个反应是在核心区表面进行的,太阳核心整体处在极高温度的笼罩下,即使核心区是金属结构或是高密度的中子结构,热辐射和热传递也会把太阳核心区的氢与氦全部熔化并变成气体。核心区内有限的氢氦燃料将很快被消耗殆尽,根本无法维持长时间的反应,更不会存在50多亿年的反应历程。这就出现了“快速剧烈核反应与太阳长期持续反应”之间的矛盾。

对于上面出现的两个问题,用现在定义的太阳结构无法解决。仔细分析一下就会发现出现的问题都是集中在我们对太阳结构的认识上,也就是说矛盾出在我们对太阳结构的划分上。

2新划分的太阳结构

假设太阳内核是固体的氢与氦,氢与氦的聚变反应始终不断的发射出光和热。辐射和热传递产生的热量把太阳氢氦熔化并蒸发,这就自然形成了由蒸发的氢氦气体构成的隔离层。再根据过去太阳划分的结构,将太阳划分为:低温固态的核心区、蒸发气体隔离层、核聚变反应层、等离子气体聚集层、气体冷却原子合成层、大气层六层结构比较合适,如图2所示:

低温固态核心区:核心区的形状呈固态圆球状,化学成分是宇宙形成初期聚集的氢与氦,温度低于3K(这个温度是氢固化时的临界温度)。

蒸发气体隔离层:是低温固态的核心区的氢与氦在强光照射下快速蒸发后形成的、笼罩在核心区周围的还没有发生聚合反应的气体。蒸发气体隔离层的温度跨度很大,从核心区的3K逐步上升到核聚变反应区的107K。

蒸发气体隔离层有几个很重要的作用:通过蒸发吸收和消耗大量的辐射热量;通过对流作用将照射到中心核的热量带到高空反应层,隔离低温核与核聚变反应层的作用,从而保护氢核不会很快熔化蒸发;靠蒸发形成了一种限量输送核燃料的方式,通过控制输送核燃料方法控制反应速度,以维持长期的持续的核聚变反应,从而使太阳达到几十亿年甚至上百亿年的反应时间;氢与氦在蒸发过程中得到预热;通过蒸发获得运动速度和动能,为氢与氦到达核聚变反应层顺利反应打下了基础。

核聚变反应层:是蒸发气体隔离层氢氦发生聚变反应的地方,气体温度可达到107K以上,是太阳热能的发源地。在核聚变反应层内,氢原子聚变生成氦核,氦核再发生聚合反应生成更高的原子核。在核聚变反应层内,原子核经过连续不断的轰击、碰撞、聚合逐步粘合成更高序数的大原子核。

等离子聚集层:是聚变反应生成的高温大气聚集区。由于核聚变反应层产生了大量的高温气体,由于该层的温度高达上万度,在该层内的原子核与热电子成分离混合态,因此形成了聚集层。

气体冷却原子合成层:从高温等离子层向外,温度逐渐降低。在温度降低的过程中,电子的运动动能降低,原子核外电子被的原子核吸附,成为有核外电子的原子。在气体冷却过程中,高温能量转化成大原子核的原子能并储藏在了原子核内。

大气层:大气层是气体冷却原子合成层之外气体聚集的部分,它由光球、色球和日冕三部分构成。光球层是我们平时看到的太阳表面结构,是太阳大气层中发出可见光的地方;色球层是在光球外由气体构成的呈红橙色的高温气体层。在大气层内,核外电子发生跳跃产生了白光、红外线和微波。

3结论

(1)将太阳划分为“低温固态的核心区、蒸发气体隔离层、核聚变反应层、等离子聚集层、气体冷却原子合成层、大气层”六层结构比划分为三层结构更加合理。

(2)在核聚变反应层内,低原子序数的氢与氦经过连续不断的随机碰撞形成各种高序数的原子核,然后再在冷却中吸引电子转化成相应的具有多种同位素的原子。

(3)原子核的核能是由高温热能量转化并储藏在原子核内的。

参考文献

[1] 姚大均.趣味自然科学百科[M].江苏少年儿童出版社,1999.

[2] 高中物理教材[M].人民教育出版社,1981.

[3] 导淦.物理学[M].高等教育出版社,1993.

[4] 百度.网络百科.

[5] 百度.天文图片.

作者简介:彭寿斌(1963-),男,山东利津人,中国石化胜利油田有限公司孤东采油厂工艺所工程师,研究方向:石油地质勘探开发、地球物理、天文物理。