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太陽核心
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一般認為太陽核心是由太陽中心點至0.2倍太陽半徑的區域[1],是太陽系內溫度最高的地方。它的密度高達150,000 kg/m³(是地球上水的密度的150倍),溫度則為15,000,000K(作為對比太陽表面的溫度大約是5,770K)。[2]
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太陽核心由高溫高密度的電漿體(離子和電子)組成,中心壓力估計約為2,650萬吉帕斯卡[3]。由於中心的核融合活動,太陽電漿體的中氫的質量占比從外核的約占70%,下降到中心的34%。[4]
核心質量占太陽總質量的34%,但體積僅占3%,且產生了99%的太陽核融合能。太陽中心的核融合由兩種不同的反應主導:質子-質子鏈反應(負責太陽大部分能量釋放)以及CNO循環,反應的最終結果均為四個氫原子核融合成一個氦原子核。
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組成成分
太陽的組成成分隨著深度的增加而變化。在光球層(太陽的可見表面),氫約占73%至74%的質量,其餘主要為氦,這與木星的大氣組成以及大爆炸後最早星際氣體的原始組成相同。在太陽內部,核融合反應減少了氫的占比。氫的質量占比在到達核心半徑後開始迅速下降(在太陽半徑的25%處,氫仍占約70%質量),並在太陽核心內隨半徑急劇下降,直到在太陽中心降至約33%。剩餘電漿體中含有約2%重元素,其餘約65%則為氦。[5]
能量供應


太陽的能量主要來自將氫融合為氦時的核融合反應。核心是太陽內部唯一能經由核融合產生能量的地方,以陽光的形式釋放出熱,從核心向外傳輸的能量加熱了太陽其餘的部分。所有經由核融合產生的能量在太陽內部必須多次遊遍各個層次之後,才能以陽光或微粒的動能形式逃離太陽。
核心反應速率與平衡
在太陽核心內,每秒鐘大約有 3.6×1038 個質子(氫原子核)聚變成為氦原子核;每秒鐘 430 萬噸的質量轉換成能量;每秒鐘釋放出的能量是 3.87×1026 焦耳,相當於 9.1×1010 百萬噸TNT爆炸當量。核融合的效率取決於密度,所以融合的效率在核心會取得自動修正的平衡:融合速率略微升高將加速核心釋放出更多的熱量,熱膨脹會將質量向外推擠使密度略微下降使反應速率下降。這種速率下降造成核心的收縮和冷卻,又會加速融合的效率,使他再恢復到原來的狀態。
然而,由於太陽核心中的氫原子核會逐漸聚變成更重密度更高的氦原子核,太陽會在主序星階段逐漸變熱。這會逐漸增加了核心的內部重力,促使核融合速率逐漸提高。由於核心密度逐漸增大,這一過程會隨著時間推移逐漸加速。在過去的四十五億年中,太陽的亮度估計增加了30%[6],並將繼續以每億年1%的速度變亮[7]。
能量的傳輸
在核融合釋放出的高能量光子(γ射線和X射線)經由迂迴曲折的路徑與減速,和在一定的吸收和再輻射轉換成更低的能量型態後,才能抵達太陽的對流層(相當於地球的地函),因此需要很長的時間才能抵達太陽的表面。 估計「光子旅行時間」可以長達5,000萬年[8],最短的也要17,000年[9]。最後,光子穿過透明的光球層之後抵達表面,以可見光的型式離開太陽。在核心產生的單個γ射線光子在離開太陽進入太空之前,都已經通過吸收和再輻射被轉換成數百萬個可見光的光子。但同樣在核心產生,不同於光子的微中子,卻幾乎不與電漿體相互作用,因而幾乎立刻就能抵達太陽的表面並逃逸入太空。許多年來,測量到的來自太陽的微中子數量都遠低於理論上的預測,因而產生了太陽微中子問題。直到最近才經由對微中子振盪的理解,解決了這個問題。
參考資料
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