太陽

主要教學內容：

一層又一層的太陽

太陽看起來像是一顆亮亮的圓球，但其實它是一個由電漿構成的大火球。從高溫高壓的核心，到外層稀薄的日冕，每一層都有不同的功能，也用不同的方式傳送能量。太陽的內部分成三層：核心、輻射區、對流區；外面的大氣也分三層：光球層、色球層和日冕。這些區域在溫度、密度和運作方式上都有明顯差異。

圖說：太陽的分層結構示意圖。

 太陽的內部世界

雖然我們沒辦法直接看到太陽裡面，但靠著一種叫「日震學」的技術（類似用地震波了解地球內部），再加上太空望遠鏡和理論計算，科學家已經對太陽的內部有了相當深入的了解。

 核心：太陽的能量工廠

太陽的核心位在正中央，半徑約佔整個太陽的五分之一，裡面就像一個巨大的發電廠。這裡溫度高達攝氏 1,500 萬度，壓力是地球大氣壓的 2,500 億倍，密度也非常高，約為每立方公分 150 公克，是水的 150 倍、黃金的 8 倍左右！

在這種極端環境下，氫原子核會互相融合成氦，這就是核融合反應。這個過程叫做「質子－質子鏈反應」，每秒大約有 6 億公噸的氫在進行融合，其中約 400 萬公噸的質量轉換成能量（根據 E=mc²），產生巨大的光和熱。這些能量最初是高能伽馬射線，但在太陽內部穿透層層物質時，會慢慢轉成可見光和其他波長的電磁輻射，最後才傳到我們的地球上。

 輻射區：光子的迷宮

輻射區環繞在核心外層，延伸到太陽半徑的 70%。這裡的溫度從攝氏 700 萬度降到約 200 萬度左右，密度也從每立方公分 20 公克降到 0.2 公克。這個區域的工作就是幫核心把能量往外傳送，不靠熱對流，而是靠光子（電磁波）輻射。不過因為這裡太密，光子一路上不斷被吸收、再重新發射，就像走迷宮一樣，所以從核心傳到輻射區邊緣，可能要花好幾十萬年！這區的物質很穩定，幾乎沒有像水滾那樣的對流運動。

 對流區：太陽內部的翻滾區

對流區是輻射區外面一層，離太陽表面最近，佔太陽半徑的最後 30%。溫度從攝氏 200 萬度一路下降到接近光球層的攝氏 5,500 度。這裡的能量傳遞方式不再靠輻射，而是像煮開水一樣的對流：熱氣上升、冷氣下沉，來回翻滾。這種運動會形成排列整齊的對流單元，也讓太陽表面呈現出粒狀結構。對流區的運動不僅傳遞能量，也與太陽磁場的產生有關。這種現象被稱為「發電機效應（Dynamo Effect）」，這也是造成太陽表面黑子與閃焰活動的主要原因。

圖說：太陽對流層頂部的垂直剖面示意圖，顯示其表面的粒狀結構。

圖說：太陽的內部可分為核融合能量核心（Thermonuclear energy core）、輻射層（Radiative zone）、對流層（Convective zone）。

 怎麼知道這些事？

我們是怎麼知道太陽裡面長什麼樣子呢？答案是靠多種方式：

• 日震學（Helioseismology）：像聽地震波一樣，觀測太陽表面的震動，就能推算裡面的結構。
• 太空探測器：像太陽和太陽圈探測器（SOHO）、太陽動力學觀測衛星（SDO）、帕克太陽探測器等，拍攝高解析度影像，觀察光球、色球和日冕的活動。
• 理論模型：利用物理方程式，模擬太陽內部的能量與物質流動。

 太陽的分層與功能

從核心到日冕，太陽的每一層都各司其職：核心產生能量；輻射區與對流區負責將能量傳到外層；光球層放出我們看得見的陽光；色球層和日冕則展現出壯觀的電漿活動。整個太陽就像一台超級複雜又強大的能量機器，不但支撐著太陽系，也影響著地球上的天氣與生命。