Mặt Trời là ngôi sao ở trung tâm của Hệ Mặt Trời. Nó là một quả cầu plasma nóng gần như hoàn hảo,[18][19] được nung nóng đến nóng sáng bởi các phản ứng tổng hợp hạt nhân trong lõi của nó. Mặt trời bức xạ năng lượng này chủ yếu dưới dạng bức xạ ánh sáng, tia cực tím và tia hồng ngoại, và là nguồn năng lượng quan trọng nhất cho sự sống trên Trái đất
Bán kính của Mặt trời là khoảng 695.000 km [432.000 dặm], hoặc 109 lần so với Trái đất. Khối lượng của nó gấp khoảng 330.000 lần khối lượng Trái đất, bao gồm khoảng 99. 86% tổng khối lượng của Hệ Mặt trời. [20] Khoảng ba phần tư khối lượng của Mặt trời bao gồm hydro [~73%]; . [21]
Mặt trời là một ngôi sao dãy chính loại G [G2V]. Do đó, nó được gọi một cách không chính thức và không hoàn toàn chính xác là sao lùn vàng [ánh sáng của nó thực sự là màu trắng]. Nó hình thành khoảng 4. 6 tỷ[a][14][22] năm trước kể từ sự suy sụp hấp dẫn của vật chất trong một vùng của đám mây phân tử lớn. Hầu hết vật chất này tập trung ở trung tâm, trong khi phần còn lại dẹt thành một đĩa quay quanh quỹ đạo trở thành Hệ Mặt trời. Khối lượng trung tâm trở nên nóng và đặc đến mức cuối cùng nó bắt đầu phản ứng tổng hợp hạt nhân trong lõi của nó. Người ta cho rằng hầu như tất cả các ngôi sao hình thành bởi quá trình này
Mỗi giây, lõi của Mặt trời tổng hợp khoảng 600 triệu tấn hydro thành heli và trong quá trình này chuyển đổi 4 triệu tấn vật chất thành năng lượng. Năng lượng này, có thể mất từ 10.000 đến 170.000 năm để thoát khỏi lõi, là nguồn ánh sáng và nhiệt của Mặt trời. Khi phản ứng tổng hợp hydro trong lõi của nó giảm đến mức Mặt trời không còn ở trạng thái cân bằng thủy tĩnh, lõi của nó sẽ trải qua sự gia tăng rõ rệt về mật độ và nhiệt độ trong khi các lớp bên ngoài của nó giãn ra, cuối cùng biến Mặt trời thành một sao khổng lồ đỏ. Người ta tính toán rằng Mặt trời sẽ trở nên đủ lớn để nuốt chửng các quỹ đạo hiện tại của Sao Thủy và Sao Kim, đồng thời khiến Trái đất không thể ở được – nhưng sẽ không tồn tại trong khoảng 5 tỷ năm nữa. Sau đó, nó sẽ lột bỏ các lớp bên ngoài và trở thành một loại sao nguội đặc được gọi là sao lùn trắng, và không còn tạo ra năng lượng bằng phản ứng tổng hợp nữa, nhưng vẫn phát sáng và tỏa nhiệt từ phản ứng tổng hợp trước đó của nó
Tác dụng to lớn của Mặt trời đối với Trái đất đã được công nhận từ thời tiền sử. Mặt trời được một số nền văn hóa coi là một vị thần. Vòng quay đồng bộ của Trái đất và quỹ đạo của nó quanh Mặt trời là cơ sở của một số lịch mặt trời. Lịch chủ yếu được sử dụng ngày nay là lịch Gregorian dựa trên cách giải thích tiêu chuẩn của thế kỷ 16 về chuyển động quan sát được của Mặt trời là chuyển động thực tế. [23]
từ nguyên học
Từ tiếng Anh sun phát triển từ tiếng Anh cổ sunne. Các từ cùng nguồn gốc xuất hiện trong các ngôn ngữ German khác, bao gồm sinne Tây Frisian, zon Hà Lan, Sünn tiếng Hạ Đức, Sonne tiếng Đức chuẩn, Sunna Bavarian, Sunna Bắc Âu cổ và Sunnō Gothic. Tất cả những từ này bắt nguồn từ Proto-Germanic *sunnōn. [24][25] Điều này cuối cùng có liên quan đến từ chỉ mặt trời trong các nhánh khác của ngữ hệ Ấn-Âu, mặc dù trong hầu hết các trường hợp, một gốc chỉ định với l được tìm thấy, thay vì gốc sở hữu cách trong n, chẳng hạn như . Thật vậy, gốc l cũng tồn tại trong Proto-Germanic, như *sōwelan, đã tạo ra từ Gothic sauil [cùng với sunnō] và sól prosaic của Bắc Âu cổ [cùng với sunna thơ mộng], và thông qua đó, các từ chỉ mặt trời ở Scandinavia hiện đại . solen Thụy Điển và Đan Mạch, solen Iceland, v.v. [25]
Tên các ngày trong tuần trong tiếng Anh là Sunday bắt nguồn từ tiếng Anh cổ Sunnandæg "ngày của mặt trời", một cách giải thích tiếng Đức của cụm từ tiếng Latinh diēs sōlis, bản thân nó là bản dịch của tiếng Hy Lạp cổ đại ἡμέρα ἡλίου [hēmera hēliou] 'ngày của mặt trời'. [29] Biểu tượng thiên văn của Mặt trời là một hình tròn có một chấm ở tâm,. Nó được sử dụng cho các đơn vị như M☉ [Khối lượng mặt trời], R☉ [Bán kính mặt trời] và L☉ [Độ sáng mặt trời]
Đặc điểm chung
Mặt trời là một ngôi sao dãy chính loại G cấu thành khoảng 99. 86% khối lượng của Hệ Mặt trời. Mặt trời có độ sáng tuyệt đối +4. 83, ước tính sáng hơn khoảng 85% các ngôi sao trong Dải Ngân hà, hầu hết là sao lùn đỏ. [30][31] Mặt trời là một quần thể I, hay ngôi sao giàu nguyên tố nặng,[b]. [32] Sự hình thành của Mặt trời có thể đã được kích hoạt bởi sóng xung kích từ một hoặc nhiều siêu tân tinh gần đó. [33] Điều này được gợi ý bởi sự phong phú cao của các nguyên tố nặng trong Hệ Mặt trời, chẳng hạn như vàng và uranium, so với sự phong phú của các nguyên tố này trong cái gọi là Quần thể II, các ngôi sao nghèo nguyên tố nặng. Các nguyên tố nặng hợp lý nhất có thể đã được tạo ra bởi các phản ứng hạt nhân thu nhiệt trong một siêu tân tinh, hoặc bởi sự biến đổi thông qua sự hấp thụ neutron trong một ngôi sao thế hệ thứ hai khối lượng lớn. [32]
Cho đến nay, Mặt trời là vật thể sáng nhất trên bầu trời Trái đất, với cấp sao biểu kiến là −26. 74. [34][35] Ngôi sao này sáng hơn khoảng 13 tỷ lần so với ngôi sao sáng nhất tiếp theo, Sirius, có cấp sao biểu kiến là −1. 46
Một đơn vị thiên văn [khoảng 150.000.000 km; 93.000.000 dặm] được định nghĩa là khoảng cách trung bình từ tâm Mặt trời đến tâm Trái đất, mặc dù khoảng cách này thay đổi [khoảng +/- 2. 5 triệu km hoặc 1. 55 triệu dặm] khi Trái đất di chuyển từ điểm cận nhật vào khoảng ngày 03 tháng 01 đến điểm viễn nhật vào khoảng ngày 04 tháng 7. [36] Khoảng cách có thể thay đổi trong khoảng từ 147.098.074 km [điểm cận nhật] đến 152.097.701 km [điểm viễn nhật] và các giá trị cực đại có thể nằm trong khoảng từ 147.083.346 km đến 152.112.126 km. [37] Ở khoảng cách trung bình, ánh sáng đi từ đường chân trời của Mặt trời đến đường chân trời của Trái đất trong khoảng 8 phút 20 giây,[38] trong khi ánh sáng từ các điểm gần nhất của Mặt trời và Trái đất mất ít hơn khoảng hai giây. Năng lượng của ánh sáng mặt trời này hỗ trợ hầu hết mọi sự sống[c] trên Trái đất bằng quá trình quang hợp,[39] và điều khiển khí hậu và thời tiết của Trái đất
Mặt trời không có ranh giới xác định, nhưng mật độ của nó giảm theo cấp số nhân khi tăng độ cao so với quang quyển. [40] Với mục đích đo lường, bán kính của Mặt trời được coi là khoảng cách từ tâm của nó đến rìa của quang quyển, bề mặt nhìn thấy rõ ràng của Mặt trời. [41] Theo phép đo này, Mặt trời là một hình cầu gần như hoàn hảo với độ phẳng ước tính khoảng 9 phần triệu,[42] có nghĩa là đường kính cực của nó khác với đường kính xích đạo chỉ 10 kilômét [6. 2 dặm]. [43] Hiệu ứng thủy triều của các hành tinh yếu và không ảnh hưởng đáng kể đến hình dạng của Mặt trời. [44] Mặt trời quay ở xích đạo nhanh hơn ở hai cực. Sự quay khác biệt này được gây ra bởi chuyển động đối lưu do truyền nhiệt và lực Coriolis do sự quay của Mặt trời. Trong một hệ quy chiếu được xác định bởi các ngôi sao, chu kỳ quay xấp xỉ 25. 6 ngày ở xích đạo và 33. 5 ngày ở hai cực. Nhìn từ Trái đất khi nó quay quanh Mặt trời, chu kỳ quay biểu kiến của Mặt trời tại đường xích đạo của nó là khoảng 28 ngày. [45] Nhìn từ một điểm thuận lợi phía trên cực bắc của nó, Mặt trời quay ngược chiều kim đồng hồ quanh trục quay của nó. [d][46]
Thành phần
Mặt trời được cấu tạo chủ yếu từ các nguyên tố hóa học hydro và heli. Vào thời điểm này trong vòng đời của Mặt trời, chúng chiếm 74. 9% và 23. 8%, tương ứng, khối lượng của Mặt trời trong quang quyển. [47] Tất cả các nguyên tố nặng hơn, được gọi là kim loại trong thiên văn học, chiếm dưới 2% khối lượng, với oxy [xấp xỉ 1% khối lượng Mặt trời], cacbon [0. 3%], đèn neon [0. 2%], và sắt [0. 2%] là phong phú nhất. [48]
Thành phần hóa học ban đầu của Mặt trời được kế thừa từ môi trường giữa các vì sao mà nó hình thành. Ban đầu nó sẽ chứa khoảng 71. 1% hydro, 27. 4% heli và 1. 5% nguyên tố nặng hơn. [47] Hiđrô và hầu hết heli trong Mặt trời được tạo ra bởi quá trình tổng hợp hạt nhân Big Bang trong 20 phút đầu tiên của vũ trụ, và các nguyên tố nặng hơn được tạo ra bởi các thế hệ sao trước đó trước khi Mặt trời được hình thành, và phát tán vào . [49]
Kể từ khi Mặt trời hình thành, quá trình hợp hạch chính liên quan đến việc kết hợp hydro thành heli. Trong 4 qua. 6 tỷ năm, lượng heli và vị trí của nó trong Mặt trời đã dần thay đổi. Trong lõi, tỷ lệ heli đã tăng từ khoảng 24% lên khoảng 60% do phản ứng tổng hợp, và một số heli và các nguyên tố nặng đã di chuyển từ quang quyển về phía tâm Mặt trời do lực hấp dẫn. Tỉ lệ các nguyên tố nặng hơn không đổi. Nhiệt được truyền ra ngoài từ lõi của Mặt trời bằng bức xạ chứ không phải bằng đối lưu [xem Vùng bức xạ bên dưới], do đó, các sản phẩm nhiệt hạch không bị nhiệt đẩy ra ngoài; . Trong quang quyển hiện tại, phần helium bị giảm và tính kim loại chỉ bằng 84% so với giai đoạn tiền sao [trước khi phản ứng tổng hợp hạt nhân trong lõi bắt đầu]. Trong tương lai, heli sẽ tiếp tục tích tụ trong lõi và trong khoảng 5 tỷ năm nữa, quá trình tích tụ dần dần này cuối cùng sẽ khiến Mặt trời rời khỏi dãy chính và trở thành sao khổng lồ đỏ. [51]
Thành phần hóa học của quang quyển thường được coi là đại diện cho thành phần của Hệ Mặt trời nguyên thủy. [52] Độ phong phú của nguyên tố nặng Mặt trời được mô tả ở trên thường được đo bằng cách sử dụng cả quang phổ của quang quyển của Mặt trời và bằng cách đo độ phong phú trong các thiên thạch chưa bao giờ được nung nóng đến nhiệt độ nóng chảy. Những thiên thạch này được cho là giữ nguyên thành phần của tiền sao Mặt trời và do đó không bị ảnh hưởng bởi sự lắng đọng của các nguyên tố nặng. Hai phương pháp nói chung phù hợp tốt. [21]
Cấu trúc và sự hợp nhất
Hình minh họa cấu trúc của Mặt trời, có màu giả để tạo độ tương phản
Cốt lõi
Lõi của Mặt trời kéo dài từ tâm đến khoảng 20–25% bán kính Mặt trời. [53] Nó có mật độ lên tới 150 g/cm3[54][55] [khoảng 150 lần mật độ của nước] và nhiệt độ gần 15. 7 triệu Kelvin [K]. [55] Ngược lại, nhiệt độ bề mặt của Mặt trời xấp xỉ 5800 K. Phân tích gần đây về dữ liệu nhiệm vụ SOHO ủng hộ tốc độ quay trong lõi nhanh hơn so với trong vùng bức xạ ở trên. [53] Trong phần lớn thời gian tồn tại của Mặt trời, năng lượng đã được tạo ra bởi phản ứng tổng hợp hạt nhân trong vùng lõi thông qua chuỗi proton–proton; . [56] Hiện tại, chỉ có 0. 8% năng lượng được tạo ra trong Mặt trời đến từ một chuỗi phản ứng nhiệt hạch khác gọi là chu trình CNO, mặc dù tỷ lệ này dự kiến sẽ tăng lên khi Mặt trời trở nên già hơn và sáng hơn. [57][58]
Lõi là khu vực duy nhất trên Mặt trời tạo ra một lượng nhiệt năng đáng kể thông qua phản ứng tổng hợp; . Phần còn lại của Mặt trời được đốt nóng bởi năng lượng này khi nó được truyền ra bên ngoài qua nhiều lớp liên tiếp, cuối cùng đến quang quyển của Mặt trời, nơi nó thoát ra ngoài không gian thông qua bức xạ [photon] hoặc chuyển động [các hạt khối lượng lớn]. [59][60]
Chuỗi proton–proton xảy ra vào khoảng 9. 2×1037 lần mỗi giây trong lõi, chuyển đổi khoảng 3. 7×1038 proton thành hạt alpha [hạt nhân heli] mỗi giây [trong tổng số ~8. 9×1056 proton tự do trong Mặt Trời], hay khoảng 6. 2×1011 kg/giây. Tuy nhiên, mỗi proton [trung bình] mất khoảng 9 tỷ năm để hợp nhất với nhau bằng chuỗi PP. [59] Hợp nhất bốn proton tự do [hạt nhân hydro] thành một hạt alpha duy nhất [hạt nhân helium] giải phóng khoảng 0. 7% khối lượng hợp nhất dưới dạng năng lượng,[61] nên Mặt trời giải phóng năng lượng với tỷ lệ chuyển đổi khối lượng-năng lượng là 4. 26 triệu tấn mỗi giây [cần 600 mega tấn hydro[62]], cho 384. 6 yottawatt [3. 846×1026 W],[5] hoặc 9. 192×1010 megaton TNT mỗi giây. Sản lượng điện lớn của Mặt trời chủ yếu là do kích thước và mật độ khổng lồ của lõi của nó [so với Trái đất và các vật thể trên Trái đất], với chỉ một lượng điện năng khá nhỏ được tạo ra trên một mét khối. Các mô hình lý thuyết về phần bên trong của Mặt trời chỉ ra mật độ năng lượng tối đa, hoặc sản xuất năng lượng, vào khoảng 276. 5 watt trên một mét khối ở trung tâm của lõi,[63] tương đương với mật độ năng lượng bên trong một đống phân trộn. [64][e]
Tốc độ nhiệt hạch trong lõi ở trạng thái cân bằng tự điều chỉnh. tốc độ hợp hạch cao hơn một chút sẽ làm cho lõi nóng lên nhiều hơn và hơi giãn ra so với trọng lượng của các lớp bên ngoài, làm giảm mật độ và do đó làm giảm tốc độ hợp hạch và điều chỉnh nhiễu loạn; . [65][66]
vùng bức xạ
Minh họa cấu trúc bên trong của các ngôi sao khác nhau, Mặt trời ở giữa có vùng bức xạ bên trong và vùng đối lưu bên ngoài
Vùng bức xạ là lớp dày nhất của mặt trời, ở 0. 45 bán kính mặt trời. Từ lõi ra khoảng 0. 7 bán kính mặt trời, bức xạ nhiệt là phương tiện truyền năng lượng chủ yếu. [67] Nhiệt độ giảm từ khoảng 7 triệu xuống còn 2 triệu Kelvin khi khoảng cách từ lõi tăng lên. [55] Độ dốc nhiệt độ này nhỏ hơn giá trị của tốc độ sai lệch đoạn nhiệt và do đó không thể tạo ra sự đối lưu, điều này giải thích tại sao sự truyền năng lượng qua vùng này là bằng bức xạ thay vì đối lưu nhiệt. [55] Các ion hydro và heli phát ra các photon, các photon này chỉ di chuyển được một quãng ngắn trước khi được các ion khác tái hấp thụ. [67] Mật độ giảm gấp trăm lần [từ 20 g/cm3 xuống 0. 2 g/cm3] giữa 0. 25 bán kính mặt trời và 0. 7 bán kính, đỉnh của vùng bức xạ. [67]
đường dây chuyền
Vùng bức xạ và vùng đối lưu được ngăn cách bởi một lớp chuyển tiếp, tachocline. Đây là vùng mà chế độ thay đổi rõ nét giữa chuyển động quay đều của vùng bức xạ và chuyển động quay khác nhau của vùng đối lưu dẫn đến lực cắt lớn giữa hai vùng—một điều kiện trong đó các lớp nằm ngang liên tiếp trượt qua nhau. [68] Hiện tại, người ta đưa ra giả thuyết [xem Máy phát điện Mặt trời] rằng một máy phát điện từ trong lớp này tạo ra từ trường của Mặt trời. [55]
vùng đối lưu
Đới đối lưu của Mặt Trời kéo dài từ 0. 7 bán kính mặt trời [500.000 km] đến gần bề mặt. Trong lớp này, plasma mặt trời không đủ dày đặc hoặc đủ nóng để truyền năng lượng nhiệt bên trong ra bên ngoài thông qua bức xạ. Thay vào đó, mật độ của plasma đủ thấp để cho phép các dòng đối lưu phát triển và di chuyển năng lượng của Mặt trời ra bên ngoài bề mặt của nó. Vật liệu được nung nóng ở tachocline thu nhiệt và nở ra, do đó làm giảm mật độ của nó và cho phép nó tăng lên. Kết quả là, một chuyển động có trật tự của khối lượng phát triển thành các tế bào nhiệt mang phần lớn nhiệt ra bên ngoài quang quyển của Mặt trời ở trên. Khi vật liệu nguội đi theo cách khuếch tán và bức xạ ngay bên dưới bề mặt quang quyển, mật độ của nó tăng lên và nó chìm xuống đáy của vùng đối lưu, nơi nó lại thu nhiệt từ đỉnh của vùng bức xạ và chu kỳ đối lưu tiếp tục. Ở quang quyển, nhiệt độ đã giảm xuống 5.700 K [gấp 350 lần] và mật độ chỉ còn 0. 2 g/m3 [khoảng 1/10.000 mật độ không khí ở mực nước biển và 1 phần triệu mật độ của lớp bên trong vùng đối lưu]. [55]
Các cột nhiệt của vùng đối lưu tạo thành một dấu ấn trên bề mặt của Mặt trời khiến nó có dạng hạt được gọi là hạt mặt trời ở quy mô nhỏ nhất và siêu hạt ở quy mô lớn hơn. Sự đối lưu hỗn loạn ở phần bên ngoài này của phần bên trong Mặt trời duy trì hoạt động của máy phát điện "quy mô nhỏ" đối với thể tích gần bề mặt của Mặt trời. [55] Các cột nhiệt của Mặt trời là các tế bào Bénard và có hình dạng gần như lăng trụ lục giác. [69]
quang quyển
Bề mặt nhìn thấy được của Mặt trời, quang quyển, là lớp bên dưới mà Mặt trời trở nên mờ đục đối với ánh sáng khả kiến. [70] Các photon được tạo ra trong lớp này thoát khỏi Mặt trời qua bầu khí quyển trong suốt của Mặt trời phía trên nó và trở thành bức xạ mặt trời, ánh sáng mặt trời. Sự thay đổi độ mờ là do lượng ion H− giảm, ion này dễ dàng hấp thụ ánh sáng khả kiến. [70] Ngược lại, ánh sáng khả kiến mà chúng ta nhìn thấy được tạo ra khi các electron phản ứng với các nguyên tử hydro để tạo ra các ion H−. [71][72]
Quang quyển dày từ hàng chục đến hàng trăm km và hơi mờ hơn không khí trên Trái đất. Do phần trên của quang quyển mát hơn phần dưới nên hình ảnh Mặt trời ở trung tâm xuất hiện sáng hơn ở rìa hoặc rìa của đĩa Mặt trời, trong một hiện tượng được gọi là hiện tượng tối dần ở rìa. [70] Quang phổ của ánh sáng mặt trời xấp xỉ quang phổ của một vật đen tỏa ra ở nhiệt độ 5,777 K [5,504 °C; 9,939 °F], xen kẽ với các vạch hấp thụ nguyên tử từ các lớp mỏng phía trên quang quyển. Quang cầu có mật độ hạt ~1023 m−3 [khoảng 0. 37% số lượng hạt trên một thể tích khí quyển của Trái đất ở mực nước biển]. Quang quyển không bị ion hóa hoàn toàn—mức độ ion hóa là khoảng 3%, để lại gần như toàn bộ hydro ở dạng nguyên tử. [73]
Trong các nghiên cứu ban đầu về quang phổ của quang quyển, một số vạch hấp thụ đã được tìm thấy không tương ứng với bất kỳ nguyên tố hóa học nào được biết đến sau đó trên Trái đất. Năm 1868, Norman Lockyer đưa ra giả thuyết rằng những vạch hấp thụ này được gây ra bởi một nguyên tố mới mà ông đặt tên là helium, theo tên của thần Mặt trời Hy Lạp Helios. 25 năm sau, helium bị cô lập trên Trái đất. [74]
Khí quyển
Nhiễu loạn sắc quyển của Mặt trời được chụp bằng kính viễn vọng chuyển đổi năng lượng mặt trời nghiệp dư
Time-lapse vết đen Mặt trời trong Hydrogen-alpha được chụp bằng kính viễn vọng mặt trời nghiệp dư
Trong nhật thực toàn phần, khi đĩa Mặt trời bị Mặt trăng bao phủ, có thể nhìn thấy các phần của bầu khí quyển xung quanh Mặt trời. Nó bao gồm bốn phần riêng biệt. sắc quyển, vùng chuyển tiếp, vành nhật hoa và nhật quyển. [cần dẫn nguồn]
Tầng mát nhất của Mặt trời là vùng có nhiệt độ tối thiểu kéo dài đến khoảng 500 km phía trên quang quyển và có nhiệt độ khoảng 4.100 K. [70] Phần này của Mặt trời đủ mát để cho phép tồn tại các phân tử đơn giản như carbon monoxide và nước, có thể được phát hiện qua quang phổ hấp thụ của chúng. [75]
Sắc quyển, vùng chuyển tiếp và nhật hoa nóng hơn nhiều so với bề mặt Mặt trời. [70] Lý do vẫn chưa được hiểu rõ, nhưng bằng chứng cho thấy sóng Alfvén có thể có đủ năng lượng để làm nóng vành nhật hoa. [76]
Vùng chuyển tiếp của Mặt trời được chụp bởi Kính viễn vọng Quang học Mặt trời của Hinode
Phía trên lớp tối thiểu về nhiệt độ là một lớp dày khoảng 2.000 km, bị chi phối bởi quang phổ của các vạch phát xạ và hấp thụ. [70] Nó được gọi là sắc quyển từ gốc tiếng Hy Lạp chroma, có nghĩa là màu sắc, bởi vì sắc quyển có thể nhìn thấy dưới dạng một tia sáng màu ở đầu và cuối của nhật thực toàn phần. [67] Nhiệt độ của tầng sắc quyển tăng dần theo độ cao, lên tới khoảng 20.000 K ở gần đỉnh. [70] Ở phần trên của sắc quyển, helium bị ion hóa một phần. [77]
Phía trên sắc quyển, trong vùng chuyển tiếp mỏng [khoảng 200 km], nhiệt độ tăng nhanh từ khoảng 20.000 K ở tầng trên của sắc quyển lên nhiệt độ nhật hoa gần 1.000.000 K. [78] Sự gia tăng nhiệt độ được tạo điều kiện bởi quá trình ion hóa hoàn toàn helium trong vùng chuyển tiếp, làm giảm đáng kể sự làm mát bức xạ của plasma. [77] Vùng chuyển tiếp không xảy ra ở độ cao được xác định rõ. Thay vào đó, nó tạo thành một loại nimbus xung quanh các đặc điểm của sắc cầu như gai và sợi, và chuyển động hỗn loạn, liên tục. [67] Vùng chuyển tiếp không dễ nhìn thấy từ bề mặt Trái đất, nhưng có thể quan sát dễ dàng từ không gian bằng các thiết bị nhạy cảm với phần cực tím của quang phổ. [79]
Trong nhật thực toàn phần, vành nhật hoa có thể được nhìn thấy bằng mắt thường, trong khoảng thời gian ngắn toàn phần
Vành nhật hoa là lớp tiếp theo của Mặt Trời. Nhật hoa thấp, gần bề mặt Mặt trời, có mật độ hạt vào khoảng 1015 m−3 đến 1016 m−3. [77][f] Nhiệt độ trung bình của vành nhật hoa và gió mặt trời vào khoảng 1.000.000–2.000.000 K; . [78] Mặc dù chưa có lý thuyết hoàn chỉnh nào giải thích cho nhiệt độ của vành nhật hoa, nhưng ít nhất một phần nhiệt của nó được biết là do kết nối lại từ tính. [78][80] Nhật hoa là bầu khí quyển mở rộng của Mặt trời, có thể tích lớn hơn nhiều so với thể tích bao quanh bởi quang quyển của Mặt trời. Một dòng plasma đi ra từ Mặt trời vào không gian liên hành tinh là gió mặt trời. [80]
Nhật quyển, bầu khí quyển mong manh ngoài cùng của Mặt trời, chứa đầy plasma gió mặt trời. Lớp ngoài cùng này của Mặt trời được xác định là bắt đầu ở khoảng cách mà luồng gió mặt trời trở thành superalfvénic—tức là nơi luồng gió trở nên nhanh hơn tốc độ của sóng Alfvén,[81] ở khoảng 20 bán kính mặt trời [0. 1 người Úc]. Sự nhiễu loạn và các lực động trong nhật quyển không thể ảnh hưởng đến hình dạng của vành nhật hoa bên trong, bởi vì thông tin chỉ có thể truyền đi với tốc độ của sóng Alfvén. Gió mặt trời liên tục di chuyển ra ngoài qua nhật quyển,[82][83] tạo thành từ trường mặt trời thành hình xoắn ốc,[80] cho đến khi nó tác động đến nhật quyển cách Mặt trời hơn 50 AU. Vào tháng 12 năm 2004, tàu thăm dò Du hành 1 đã đi qua một mặt trận chấn động được cho là một phần của thời gian tạm dừng. [84] Vào cuối năm 2012, Du hành 1 đã ghi nhận sự gia tăng đáng kể các vụ va chạm tia vũ trụ và sự sụt giảm mạnh các hạt năng lượng thấp hơn từ gió mặt trời, điều này gợi ý rằng tàu thăm dò đã đi qua nhật ký và đi vào môi trường giữa các vì sao,[85] và thực tế là . [86] Nhật quyển có một đuôi xoắn kéo dài ra phía sau do chuyển động của Mặt trời. [87]
Vào ngày 28 tháng 4 năm 2021, trong lần bay ngang qua Mặt trời lần thứ tám, Tàu thăm dò Mặt trời Parker của NASA đã gặp phải các điều kiện từ tính và hạt cụ thể ở 18. 8 bán kính mặt trời chỉ ra rằng nó đã xuyên qua bề mặt Alfvén, ranh giới ngăn cách vành nhật hoa với gió mặt trời được xác định là nơi tốc độ Alfvén của plasma vành nhật hoa và tốc độ gió mặt trời quy mô lớn bằng nhau. [88][89] Tàu thăm dò đã đo môi trường plasma gió mặt trời bằng các thiết bị FIELDS và SWEAP của nó. [90] Sự kiện này được NASA mô tả là "chạm vào Mặt trời". [88] Trong quá trình bay ngang qua, Parker Solar Probe đã đi vào và ra khỏi vành nhật hoa nhiều lần. Điều này đã chứng minh những dự đoán rằng bề mặt quan trọng của Alfvén không có hình dạng như một quả bóng nhẵn mà có các gai và rãnh làm nhăn bề mặt của nó. [88]
Ánh sáng mặt trời và neutrino
Mặt trời phát ra ánh sáng trên quang phổ khả kiến, vì vậy màu của nó là màu trắng, với chỉ số không gian màu CIE gần [0. 3, 0. 3], khi nhìn từ không gian hoặc khi Mặt trời ở trên cao. Bức xạ Mặt trời trên mỗi bước sóng đạt cực đại ở phần màu lục của quang phổ khi nhìn từ không gian. [91][92] Khi Mặt trời ở rất thấp trên bầu trời, hiện tượng tán xạ khí quyển làm cho Mặt trời có màu vàng, đỏ, cam hoặc đỏ tươi và trong một số trường hợp hiếm gặp, thậm chí có cả màu lục hoặc lam. Mặc dù có độ trắng điển hình [tia sáng mặt trời màu trắng, ánh sáng xung quanh màu trắng, ánh sáng trắng của Mặt trăng, v.v. ], một số nền văn hóa hình dung Mặt trời có màu vàng và một số thậm chí có màu đỏ; . [93] Mặt trời là một ngôi sao G2V, với G2 biểu thị nhiệt độ bề mặt của nó khoảng 5,778 K [5,505 °C; 9,941 °F] và V cho biết nó, giống như hầu hết các ngôi sao, là một ngôi sao thuộc dãy chính. [59][94]
Hằng số năng lượng mặt trời là lượng năng lượng mà Mặt trời gửi trên một đơn vị diện tích tiếp xúc trực tiếp với ánh sáng mặt trời. Hằng số mặt trời bằng khoảng 1.368 W/m2 [watt trên mét vuông] ở khoảng cách một đơn vị thiên văn [AU] tính từ Mặt trời [nghĩa là trên hoặc gần Trái đất]. [95] Ánh sáng mặt trời trên bề mặt Trái đất bị suy giảm bởi bầu khí quyển của Trái đất, do đó ít năng lượng hơn đến bề mặt [gần 1.000 W/m2] trong điều kiện quang đãng khi Mặt trời ở gần thiên đỉnh. [96] Ánh sáng mặt trời trên đỉnh bầu khí quyển của Trái đất được cấu tạo [theo tổng năng lượng] của khoảng 50% ánh sáng hồng ngoại, 40% ánh sáng khả kiến và 10% ánh sáng cực tím. [97] Bầu khí quyển đặc biệt lọc hơn 70% tia cực tím mặt trời, đặc biệt là ở các bước sóng ngắn hơn. [98] Bức xạ tia cực tím Mặt trời làm ion hóa tầng khí quyển phía trên ban ngày của Trái đất, tạo ra tầng điện ly dẫn điện. [99]
Tia cực tím từ Mặt trời có đặc tính khử trùng và có thể được sử dụng để khử trùng dụng cụ và nước. Nó cũng gây cháy nắng và có các tác dụng sinh học khác như sản xuất vitamin D và sạm da. Đây cũng là nguyên nhân chính gây ung thư da. Tia cực tím bị suy giảm mạnh bởi tầng ôzôn của Trái đất, do đó lượng tia cực tím thay đổi rất nhiều theo vĩ độ và chịu trách nhiệm một phần cho nhiều sự thích nghi sinh học, bao gồm cả sự thay đổi màu da của con người ở các vùng khác nhau trên Trái đất. [100]
Khi ở bên ngoài bề mặt Mặt trời, neutrino và photon di chuyển với tốc độ ánh sáng
Các photon tia gamma năng lượng cao ban đầu được giải phóng bằng các phản ứng nhiệt hạch trong lõi hầu như được hấp thụ ngay lập tức bởi plasma mặt trời của vùng bức xạ, thường chỉ sau khi di chuyển vài milimet. Phát xạ lại xảy ra theo hướng ngẫu nhiên và thường ở mức năng lượng thấp hơn một chút. Với trình tự phát xạ và hấp thụ này, phải mất một thời gian dài bức xạ mới đến được bề mặt Mặt trời. Các ước tính về thời gian di chuyển của photon nằm trong khoảng từ 10.000 đến 170.000 năm. [101] Ngược lại, chỉ cần 2. 3 giây để neutrino, chiếm khoảng 2% tổng sản lượng năng lượng của Mặt trời, chạm tới bề mặt. Vì sự vận chuyển năng lượng trong Mặt trời là một quá trình liên quan đến các photon ở trạng thái cân bằng nhiệt động lực học với vật chất, thang thời gian vận chuyển năng lượng trong Mặt trời dài hơn, theo thứ tự 30.000.000 năm. Đây là khoảng thời gian Mặt trời sẽ trở lại trạng thái ổn định nếu tốc độ tạo năng lượng trong lõi của nó đột ngột thay đổi. [102]
Neutrino cũng được giải phóng bởi các phản ứng nhiệt hạch trong lõi, nhưng không giống như photon, chúng hiếm khi tương tác với vật chất, vì vậy hầu như tất cả đều có thể thoát khỏi Mặt trời ngay lập tức. Trong nhiều năm, các phép đo về số lượng neutrino được tạo ra trong Mặt trời thấp hơn so với lý thuyết dự đoán với hệ số 3. Sự khác biệt này đã được giải quyết vào năm 2001 thông qua việc phát hiện ra tác động của dao động neutrino. Mặt trời phát ra số lượng neutrino theo dự đoán của lý thuyết, nhưng các máy dò neutrino đã thiếu 2⁄3 trong số chúng vì các neutrino đã thay đổi hương vị vào thời điểm chúng được phát hiện. [103]
hoạt động từ tính
Mặt trời có từ trường sao thay đổi trên bề mặt của nó. Trường cực của nó là 1–2 gauss [0. 0001–0. 0002 T], trong khi trường thường là 3.000 gauss [0. 3 T] trong các đặc điểm trên Mặt trời gọi là vết đen và 10–100 gauss [0. 001–0. 01 T] ở các tai lửa mặt trời. [5] Từ trường thay đổi theo thời gian và vị trí. Chu kỳ mặt trời 11 năm gần như định kỳ là biến thể nổi bật nhất trong đó số lượng và kích thước của các vết đen mặt trời tăng và giảm. [104][105][106]
Từ trường mặt trời mở rộng ra ngoài chính Mặt trời. Plasma gió mặt trời dẫn điện mang từ trường của Mặt trời vào không gian, tạo thành cái gọi là từ trường liên hành tinh. [80] Trong một phép tính gần đúng được gọi là từ thủy động lực học lý tưởng, các hạt plasma chỉ di chuyển dọc theo các đường sức từ. Kết quả là, gió mặt trời thổi ra bên ngoài kéo dài từ trường liên hành tinh ra bên ngoài, buộc nó thành một cấu trúc gần như xuyên tâm. Đối với từ trường mặt trời lưỡng cực đơn giản, với các cực hình bán cầu ngược nhau ở hai bên của đường xích đạo từ trường mặt trời, một dòng điện mỏng được hình thành trong gió mặt trời. [80]
Ở khoảng cách rất xa, sự quay của Mặt trời xoắn từ trường lưỡng cực và dòng điện tương ứng thành một cấu trúc xoắn ốc Archimedes gọi là xoắn ốc Parker. [80] Từ trường liên hành tinh mạnh hơn nhiều so với thành phần lưỡng cực của từ trường mặt trời. Từ trường lưỡng cực của Mặt trời là 50–400 μT [ở quang quyển] giảm theo lập phương nghịch đảo của khoảng cách, dẫn đến từ trường được dự đoán là 0. 1 nT ở khoảng cách Trái đất. Tuy nhiên, theo các quan sát của tàu vũ trụ, trường liên hành tinh tại vị trí của Trái đất là khoảng 5 nT, lớn hơn khoảng một trăm lần. [107] Sự khác biệt là do từ trường sinh ra bởi các dòng điện trong plasma bao quanh Mặt Trời
vết đen mặt trời
Ảnh ánh sáng nhìn thấy được của vết đen mặt trời
Các vết đen Mặt trời có thể nhìn thấy dưới dạng các mảng tối trên quang quyển của Mặt trời và tương ứng với nồng độ từ trường nơi sự vận chuyển nhiệt đối lưu bị ức chế từ bên trong mặt trời lên bề mặt. Kết quả là, các vết đen của mặt trời mát hơn một chút so với quang quyển xung quanh, vì vậy chúng có vẻ tối. Ở mức tối thiểu thông thường của mặt trời, có thể nhìn thấy một số vết đen mặt trời và đôi khi không thể nhìn thấy gì cả. Những thứ xuất hiện ở vĩ độ mặt trời cao. Khi chu kỳ mặt trời tiến dần đến cực đại, các vết đen mặt trời có xu hướng hình thành gần xích đạo mặt trời hơn, một hiện tượng được gọi là định luật Spörer. Các vết đen mặt trời lớn nhất có thể dài hàng chục nghìn km. [108]
Chu kỳ vết đen mặt trời 11 năm bằng một nửa chu kỳ máy phát điện Babcock–Leighton 22 năm, tương ứng với sự trao đổi năng lượng dao động giữa từ trường mặt trời hình xuyến và đa hình. Ở mức tối đa của chu kỳ mặt trời, từ trường lưỡng cực đa cực bên ngoài ở gần cường độ tối thiểu của chu kỳ máy phát điện, nhưng trường tứ cực hình xuyến bên trong, được tạo ra thông qua chuyển động quay vi sai trong tachocline, gần cường độ tối đa của nó. Tại thời điểm này trong chu kỳ máy phát điện, sự trồi lên nổi trong vùng đối lưu buộc xuất hiện từ trường hình xuyến xuyên qua quang quyển, tạo ra các cặp vết đen mặt trời, gần như thẳng hàng theo hướng đông-tây và có dấu chân với các cực từ trường ngược nhau. Cực từ của các cặp vết đen mặt trời luân phiên mỗi chu kỳ mặt trời, một hiện tượng được mô tả bởi định luật Hale. [109][110]
Trong giai đoạn suy giảm của chu kỳ mặt trời, năng lượng chuyển từ từ trường hình xuyến bên trong sang trường đa hình bên ngoài, và các vết đen giảm dần về số lượng và kích thước. Ở mức tối thiểu của chu kỳ mặt trời, tương ứng, trường hình xuyến có cường độ tối thiểu, các vết đen mặt trời tương đối hiếm và trường đa hình có cường độ tối đa. Với sự gia tăng của chu kỳ vết đen mặt trời 11 năm tiếp theo, chuyển động quay vi sai chuyển năng lượng từ trường ngược lại từ trường đa cực sang trường hình xuyến, nhưng với cực ngược với chu kỳ trước đó. Quá trình diễn ra liên tục và trong một kịch bản đơn giản hóa, lý tưởng hóa, mỗi chu kỳ vết đen Mặt trời 11 năm tương ứng với một sự thay đổi, sau đó, trong phân cực tổng thể của từ trường quy mô lớn của Mặt trời. [111][112]
hoạt động năng lượng mặt trời
Các phép đo từ năm 2005 về sự thay đổi của chu kỳ mặt trời trong 30 năm trước
Từ trường của Mặt trời dẫn đến nhiều hiệu ứng được gọi chung là hoạt động của Mặt trời. Các vết lóa mặt trời và các vụ phóng vật chất vành nhật hoa có xu hướng xảy ra ở các nhóm vết đen mặt trời. Các luồng gió mặt trời tốc độ cao thay đổi chậm được phát ra từ các lỗ nhật hoa ở bề mặt quang quyển. Cả sự phun trào khối vành nhật hoa và luồng gió mặt trời tốc độ cao đều mang theo plasma và từ trường liên hành tinh ra ngoài Hệ Mặt trời. [113] Tác động của hoạt động Mặt trời lên Trái đất bao gồm cực quang ở vĩ độ trung bình đến cao và sự gián đoạn liên lạc vô tuyến và năng lượng điện. Hoạt động của Mặt trời được cho là đã đóng một vai trò lớn trong sự hình thành và tiến hóa của Hệ Mặt trời
Một số nhà khoa học cho rằng sự thay đổi trường kỳ dài hạn về số lượng vết đen mặt trời có tương quan với sự thay đổi dài hạn về bức xạ mặt trời,[114] do đó, có thể ảnh hưởng đến khí hậu dài hạn của Trái đất. [115] Chu kỳ Mặt trời ảnh hưởng đến điều kiện thời tiết không gian, bao gồm cả những điều kiện xung quanh Trái đất. Ví dụ, vào thế kỷ 17, chu kỳ mặt trời dường như đã dừng hoàn toàn trong vài thập kỷ; . Điều này trùng hợp với thời kỳ của Kỷ băng hà nhỏ, khi châu Âu trải qua nhiệt độ lạnh bất thường. [116] Cực tiểu kéo dài trước đó đã được phát hiện thông qua phân tích các vòng cây và dường như trùng khớp với nhiệt độ toàn cầu thấp hơn mức trung bình. [117]
Vào tháng 12 năm 2019, một loại vụ nổ từ tính mới của mặt trời đã được quan sát, được gọi là kết nối lại từ trường cưỡng bức. Trước đây, trong một quá trình gọi là tái kết nối từ trường tự phát, người ta đã quan sát thấy các đường sức từ trường của Mặt trời phân kỳ một cách bùng nổ và sau đó hội tụ lại ngay lập tức. Kết nối lại từ trường cưỡng bức cũng tương tự, nhưng nó được kích hoạt bởi một vụ nổ trong corona. [118]
giai đoạn cuộc sống
Tổng quan về sự tiến hóa của một ngôi sao như Mặt trời
Mặt trời hôm nay gần như đi được nửa chặng đường ổn định nhất trong cuộc đời của nó. Nó đã không thay đổi đáng kể trong hơn bốn tỷ [a] năm và sẽ duy trì khá ổn định trong hơn năm tỷ năm nữa. Tuy nhiên, sau khi phản ứng tổng hợp hydro trong lõi của nó dừng lại, Mặt trời sẽ trải qua những thay đổi mạnh mẽ, cả bên trong lẫn bên ngoài. Nó nặng hơn 71 trong số 75 ngôi sao khác trong phạm vi 5 pc,[119] hoặc trong top ~5 phần trăm
Sự hình thành
Mặt trời hình thành khoảng 4. 6 tỷ năm trước từ sự sụp đổ của một phần của đám mây phân tử khổng lồ bao gồm chủ yếu là hydro và heli và có lẽ đã sinh ra nhiều ngôi sao khác. [120] Độ tuổi này được ước tính bằng cách sử dụng các mô hình máy tính về sự tiến hóa của các vì sao và thông qua nghiên cứu về vũ trụ học. [14] Kết quả phù hợp với niên đại phóng xạ của vật chất lâu đời nhất trong Hệ Mặt Trời, ở 4. 567 tỷ năm trước. [121][122] Các nghiên cứu về thiên thạch cổ đại cho thấy dấu vết của các hạt nhân con ổn định của các đồng vị tồn tại trong thời gian ngắn, chẳng hạn như sắt-60, chỉ hình thành trong các ngôi sao tồn tại trong thời gian ngắn đang bùng nổ. Điều này chỉ ra rằng một hoặc nhiều siêu tân tinh phải xảy ra gần vị trí Mặt trời hình thành. Sóng xung kích từ một siêu tân tinh gần đó sẽ kích hoạt sự hình thành của Mặt trời bằng cách nén vật chất bên trong đám mây phân tử và khiến một số vùng nhất định sụp đổ dưới lực hấp dẫn của chính chúng. [123] Khi một mảnh của đám mây sụp đổ, nó cũng bắt đầu quay do sự bảo toàn động lượng góc và nóng lên với áp suất ngày càng tăng. Phần lớn khối lượng trở nên tập trung ở trung tâm, trong khi phần còn lại dẹt ra thành một chiếc đĩa sẽ trở thành các hành tinh và các thiên thể khác trong Hệ Mặt trời. Trọng lực và áp suất bên trong lõi của đám mây tạo ra rất nhiều nhiệt khi nó tích tụ nhiều vật chất hơn từ đĩa xung quanh, cuối cùng gây ra phản ứng tổng hợp hạt nhân. [cần dẫn nguồn]
HD 162826 và HD 186302 được giả thuyết là anh chị em sao của Mặt trời, đã hình thành trong cùng một đám mây phân tử. [cần dẫn nguồn]
Dãy chính
Sự tiến hóa của một ngôi sao giống như Mặt trời. Đường đi của một ngôi sao có khối lượng mặt trời trên sơ đồ Hertzsprung–Russell được hiển thị từ chuỗi chính đến giai đoạn hậu nhánh-khổng lồ-nhánh
Mặt trời đang đi được nửa chặng đường trong giai đoạn trình tự chính của nó, trong đó các phản ứng tổng hợp hạt nhân trong lõi của nó hợp nhất hydro thành heli. Mỗi giây, hơn bốn triệu tấn vật chất được chuyển đổi thành năng lượng trong lõi của Mặt trời, tạo ra neutrino và bức xạ mặt trời. Với tốc độ này, Mặt trời cho đến nay đã chuyển đổi khoảng 100 lần khối lượng Trái đất thành năng lượng, khoảng 0. 03% tổng khối lượng của Mặt trời. Mặt trời sẽ trải qua tổng cộng khoảng 10 đến 11 tỷ năm với tư cách là một ngôi sao thuộc dãy chính trước giai đoạn sao khổng lồ đỏ của mặt trời. [124] Ở mốc 8 tỷ năm, mặt trời sẽ ở điểm nóng nhất theo sứ mệnh quan sát không gian Gaia của ESA vào năm 2022. [125]
Mặt trời đang dần trở nên nóng hơn ở lõi, nóng hơn ở bề mặt, bán kính lớn hơn và sáng hơn trong thời gian của nó trên dãy chính. kể từ khi bắt đầu vòng đời của dãy chính, nó đã mở rộng bán kính thêm 15% và bề mặt đã tăng nhiệt độ từ 5.620 K [5.350 °C; 9.660 °F] lên 5.777 K [5.504 °C; 9.939 °F], kết quả là . 677 độ sáng mặt trời cho đến ngày nay 1. 0 độ sáng mặt trời. Điều này xảy ra do các nguyên tử helium trong lõi có trọng lượng phân tử trung bình cao hơn so với các nguyên tử hydro được hợp nhất, dẫn đến áp suất nhiệt thấp hơn. Do đó, lõi đang co lại, cho phép các lớp bên ngoài của Mặt trời di chuyển đến gần trung tâm hơn, giải phóng thế năng hấp dẫn. Theo định lý virut, một nửa năng lượng hấp dẫn được giải phóng này sẽ bị đốt nóng, dẫn đến sự tăng dần tốc độ xảy ra phản ứng tổng hợp và do đó làm tăng độ sáng. Quá trình này tăng tốc khi lõi dần trở nên đặc hơn. [126] Hiện tại, độ sáng của nó tăng khoảng 1% sau mỗi 100 triệu năm. Sẽ mất ít nhất 1 tỷ năm kể từ bây giờ để làm cạn kiệt nước lỏng trên Trái đất do sự gia tăng như vậy. [127] Sau đó, Trái đất sẽ không còn khả năng hỗ trợ sự sống đa bào phức tạp và những sinh vật đa bào cuối cùng còn sót lại trên hành tinh sẽ phải chịu sự tuyệt chủng hàng loạt hoàn toàn cuối cùng. [128]
Sau khi cạn kiệt hydro lõi
Kích thước của Mặt trời hiện tại [hiện nằm trong dãy chính] so với kích thước ước tính của nó trong giai đoạn sao khổng lồ đỏ trong tương lai
Mặt trời không đủ khối lượng để phát nổ thành siêu tân tinh. Thay vào đó, khi hết hydro trong lõi trong khoảng 5 tỷ năm nữa, phản ứng tổng hợp hydro trong lõi sẽ dừng lại và sẽ không có gì ngăn lõi co lại. Việc giải phóng thế năng hấp dẫn sẽ khiến độ sáng của Mặt trời tăng lên, kết thúc pha dãy chính và khiến Mặt trời giãn nở trong một tỷ năm tới. đầu tiên thành sao siêu khổng lồ, sau đó thành sao khổng lồ đỏ. [126][129][130] Sự nóng lên do sự co lại của lực hấp dẫn cũng sẽ dẫn đến phản ứng tổng hợp hydro trong lớp vỏ ngay bên ngoài lõi, nơi vẫn còn lại hydro chưa sử dụng, góp phần làm tăng độ sáng, cuối cùng sẽ đạt hơn 1.000 lần so với hiện tại . [126] Khi Mặt trời bước vào giai đoạn nhánh sao khổng lồ đỏ [RGB], nó sẽ nhấn chìm Sao Thủy và [có thể là] Sao Kim, đạt khoảng 0. 75 AU [110 triệu km; 70 triệu dặm]. [130][131] Mặt trời sẽ trải qua khoảng một tỷ năm trong RGB và mất đi khoảng một phần ba khối lượng của nó. [130]
Sau nhánh khổng lồ đỏ, Mặt trời còn lại khoảng 120 triệu năm hoạt động, nhưng còn nhiều điều xảy ra. Đầu tiên, lõi [chứa đầy heli thoái hóa] bốc cháy dữ dội trong tia sáng heli; . [132] Mặt trời sau đó co lại khoảng 10 lần kích thước hiện tại và 50 lần độ sáng, với nhiệt độ thấp hơn một chút so với ngày nay. Sau đó, nó sẽ đạt đến cụm màu đỏ hoặc nhánh ngang, nhưng một ngôi sao có tính kim loại của Mặt trời không tiến hóa thành màu xanh dọc theo nhánh ngang. Thay vào đó, nó chỉ trở nên lớn hơn và sáng hơn ở mức vừa phải trong khoảng 100 triệu năm khi nó tiếp tục phản ứng với heli trong lõi. [130]
Khi heli cạn kiệt, Mặt trời sẽ lặp lại quá trình giãn nở như khi hydro trong lõi cạn kiệt. Tuy nhiên, lần này, tất cả diễn ra nhanh hơn và Mặt trời trở nên lớn hơn và sáng hơn, nhấn chìm Sao Kim nếu nó chưa xảy ra. Đây là giai đoạn tiệm cận-khổng lồ-phân nhánh và Mặt trời đang luân phiên phản ứng hydro trong lớp vỏ hoặc heli trong lớp vỏ sâu hơn. Sau khoảng 20 triệu năm trên nhánh khổng lồ tiệm cận ban đầu, Mặt trời ngày càng trở nên không ổn định, với sự mất mát khối lượng nhanh chóng và các xung nhiệt làm tăng kích thước và độ sáng trong vài trăm năm cứ sau 100.000 năm hoặc lâu hơn. Các xung nhiệt trở nên lớn hơn mỗi lần, với các xung sau đó đẩy độ sáng lên gấp 5.000 lần mức hiện tại và bán kính lên hơn 1 AU [150 triệu km; 93 triệu dặm]. [133]
Theo một mô hình năm 2008, quỹ đạo của Trái đất ban đầu sẽ mở rộng tối đa là 1. 5 AU [220 triệu km; 140 triệu dặm] do Mặt trời mất khối lượng khi còn là một sao khổng lồ đỏ. Tuy nhiên, quỹ đạo của Trái đất sau đó sẽ bắt đầu co lại do lực thủy triều [và cuối cùng là lực kéo từ tầng sắc quyển thấp hơn] để nó bị Mặt trời nhấn chìm trong giai đoạn đầu của giai đoạn nhánh sao khổng lồ đỏ, 3. 8 và 1 triệu năm sau Sao Thủy và Sao Kim lần lượt chịu chung số phận. Các mô hình khác nhau tùy thuộc vào tốc độ và thời gian mất khối lượng. Các mô hình có tổn thất khối lượng lớn hơn trên nhánh sao khổng lồ đỏ tạo ra những ngôi sao nhỏ hơn, kém sáng hơn ở đầu nhánh khổng lồ tiệm cận, có lẽ chỉ có độ sáng gấp 2.000 lần và bán kính nhỏ hơn 200 lần. [130] Đối với Mặt trời, bốn xung nhiệt được dự đoán trước khi nó mất hoàn toàn lớp vỏ bên ngoài và bắt đầu hình thành một tinh vân hành tinh. Vào cuối giai đoạn đó—kéo dài khoảng 500.000 năm—Mặt trời sẽ chỉ còn khoảng một nửa khối lượng hiện tại
Sự tiến hóa của nhánh khổng lồ sau tiệm cận thậm chí còn nhanh hơn. Độ sáng gần như không đổi khi nhiệt độ tăng lên, với một nửa khối lượng Mặt trời bị đẩy ra ngoài bị ion hóa thành tinh vân hành tinh khi phần lõi lộ ra đạt tới 30.000 K [29.700 °C; 53.500 °F], như thể nó có màu xanh lam . Lõi trần cuối cùng, một sao lùn trắng, sẽ có nhiệt độ trên 100.000 K [100.000 °C; 180.000 °F] và chứa khoảng 54. 05% khối lượng ngày nay của Mặt trời. [130] Tinh vân hành tinh sẽ phân tán trong khoảng 10.000 năm, nhưng sao lùn trắng sẽ tồn tại hàng nghìn tỷ năm trước khi mờ dần thành sao lùn đen giả định. [134][135]
Chuyển động và vị trí
Hệ mặt trời
Hệ Mặt trời, với kích thước của Mặt trời và các hành tinh để chia tỷ lệ. Các hành tinh trên mặt đất ở bên phải, những người khổng lồ khí và băng ở bên trái
Mặt trời có tám hành tinh đã biết quay quanh nó. Điều này bao gồm bốn hành tinh trên mặt đất [Sao Thủy, Sao Kim, Trái Đất và Sao Hỏa], hai hành tinh khí khổng lồ [Sao Mộc và Sao Thổ] và hai hành tinh khổng lồ băng [Sao Thiên Vương và Sao Hải Vương]. Hệ Mặt trời cũng có chín thiên thể thường được coi là hành tinh lùn và một số ứng cử viên khác, vành đai tiểu hành tinh, nhiều sao chổi và một số lượng lớn thiên thể băng giá nằm ngoài quỹ đạo của Sao Hải Vương. Sáu trong số các hành tinh và nhiều thiên thể nhỏ hơn cũng có các vệ tinh tự nhiên của riêng chúng. đặc biệt, các hệ thống vệ tinh của Sao Mộc, Sao Thổ và Sao Thiên Vương về mặt nào đó giống như các phiên bản thu nhỏ của hệ thống Mặt trời. [136]
Mặt Trời chuyển động nhờ lực hấp dẫn của các hành tinh. Tâm Mặt Trời luôn nằm trong 2. 2 bán kính mặt trời của tâm bary. Chuyển động này của Mặt trời chủ yếu là do Sao Mộc, Sao Thổ, Sao Thiên Vương và Sao Hải Vương. Trong một số giai đoạn của vài thập kỷ, chuyển động khá đều đặn, tạo thành một mô hình hình tam giác, trong khi giữa các giai đoạn này, nó có vẻ hỗn loạn hơn. [137] Sau 179 năm [chín lần chu kỳ giao hội của Sao Mộc và Sao Thổ], mô hình này ít nhiều lặp lại, nhưng quay khoảng 24°. [138] Quỹ đạo của các hành tinh bên trong, bao gồm cả Trái đất, bị dịch chuyển tương tự bởi cùng một lực hấp dẫn, vì vậy chuyển động của Mặt trời ít ảnh hưởng đến vị trí tương đối của Trái đất và Mặt trời hoặc đến bức xạ của Mặt trời trên Trái đất . [139]
khu phố thiên thể
bối cảnh thiên hà
Sơ đồ Dải Ngân hà với vị trí của Hệ Mặt trời được đánh dấu bằng một mũi tên màu vàng và một chấm đỏ trong Nhánh Orion, chấm này gần như che phủ khu vực thiên thể rộng lớn xung quanh bị chi phối bởi Sóng Radcliffe và các cấu trúc tuyến tính Chia tách [trước đây là Vành đai Gould]. [143]
Hệ Mặt trời nằm trong Dải Ngân hà, một thiên hà xoắn ốc có thanh có đường kính khoảng 100.000 năm ánh sáng chứa hơn 100 tỷ ngôi sao. [153] Mặt trời nằm ở một trong các nhánh xoắn ốc bên ngoài của Dải Ngân hà, được gọi là Nhánh Orion–Cygnus hoặc Local Spur. [154] Mặt trời nằm cách Trung tâm Thiên hà khoảng 26.660 năm ánh sáng,[155] và tốc độ của nó quanh tâm Dải Ngân hà là khoảng 220 km/s, do đó cứ 240 triệu năm thì Mặt trời hoàn thành một vòng quay. [153] Cuộc cách mạng này được gọi là năm thiên hà của Hệ Mặt trời. [156] Đỉnh mặt trời, hướng đường đi của Mặt trời trong không gian giữa các vì sao, nằm gần chòm sao Hercules theo hướng vị trí hiện tại của ngôi sao sáng Vega. [157] Mặt phẳng hoàng đạo nghiêng một góc khoảng 60° so với mặt phẳng thiên hà. [g]
Vị trí của Hệ Mặt trời trong Dải Ngân hà là một yếu tố trong lịch sử tiến hóa của sự sống trên Trái đất. Quỹ đạo của nó gần với quỹ đạo tròn và các quỹ đạo gần Mặt trời có tốc độ gần bằng tốc độ của các nhánh xoắn ốc. [159][160] Do đó, Mặt trời hiếm khi đi qua các cánh tay. Do các nhánh xoắn ốc là nơi tập trung nhiều siêu tân tinh, mất ổn định lực hấp dẫn và bức xạ có thể phá vỡ Hệ Mặt trời, điều này đã mang lại cho Trái đất thời gian ổn định lâu dài để sự sống phát triển. [159] Tuy nhiên, vị trí thay đổi của Hệ Mặt trời so với các phần khác của Dải Ngân hà có thể giải thích các sự kiện tuyệt chủng định kỳ trên Trái đất, theo giả thuyết Shiva hoặc các lý thuyết liên quan, nhưng điều này vẫn còn gây tranh cãi. [161][162]
Hệ Mặt trời nằm bên ngoài các khu vực xung quanh có nhiều sao của trung tâm thiên hà. Gần trung tâm, các lực hấp dẫn từ các ngôi sao gần đó có thể làm nhiễu loạn các thiên thể trong đám mây Oort và gửi nhiều sao chổi vào Hệ Mặt trời bên trong, tạo ra các vụ va chạm có khả năng gây thảm họa cho sự sống trên Trái đất. Bức xạ cực mạnh của trung tâm thiên hà cũng có thể cản trở sự phát triển của sự sống phức tạp. [159] Những ngôi sao bay ngang qua trong vòng 0. 8 năm ánh sáng của Mặt trời xảy ra khoảng 100.000 năm một lần. Phương pháp tiếp cận được đo lường chính xác nhất là Ngôi sao của Scholz, nó tiếp cận tới 52+23−14 kAU của Mặt trời khoảng 70+15
−10 kya, có khả năng sẽ vượt qua . [163]
lịch sử quan sát
hiểu biết sớm
Mặt trời là một đối tượng được tôn kính trong nhiều nền văn hóa trong suốt lịch sử loài người. Sự hiểu biết cơ bản nhất của loài người về Mặt trời giống như một đĩa phát sáng trên bầu trời, sự hiện diện của nó ở phía trên đường chân trời gây ra ngày và sự vắng mặt của nó gây ra đêm. Trong nhiều nền văn hóa thời tiền sử và cổ đại, Mặt trời được cho là một vị thần mặt trời hoặc một thực thể siêu nhiên khác. Mặt trời đã đóng một vai trò quan trọng trong nhiều tôn giáo trên thế giới, như được mô tả trong phần sau
Vào đầu thiên niên kỷ thứ nhất trước Công nguyên, các nhà thiên văn học Babylon đã quan sát thấy chuyển động của Mặt trời dọc theo đường hoàng đạo là không đều, mặc dù họ không biết tại sao; . [164]
Một trong những người đầu tiên đưa ra lời giải thích khoa học hoặc triết học cho Mặt trời là nhà triết học Hy Lạp Anaxagoras. Anh ta lập luận rằng đó không phải là cỗ xe của Helios, mà thay vào đó là một quả cầu kim loại rực lửa khổng lồ thậm chí còn lớn hơn cả vùng đất của Peloponnesus và Mặt trăng phản chiếu ánh sáng của Mặt trời. [165] Vì giảng dạy tà giáo này, ông đã bị chính quyền bỏ tù và kết án tử hình, mặc dù sau đó ông được thả nhờ sự can thiệp của Pericles. Eratosthenes đã ước tính khoảng cách giữa Trái đất và Mặt trời vào thế kỷ thứ ba trước Công nguyên là "của vô số stadia 400 và 80000", bản dịch của nó không rõ ràng, ngụ ý là 4.080.000 stadia [755.000 km] hoặc 804.000.000 stadia [148 đến 153 triệu km hoặc 0. 99 ăn 1. 02 AU]; . Vào thế kỷ thứ nhất sau Công nguyên, Ptolemy ước tính khoảng cách bằng 1.210 lần bán kính Trái đất, xấp xỉ 7. 71 triệu km [0. 0515 AU]. [166]
Lý thuyết cho rằng Mặt trời là trung tâm mà các hành tinh quay quanh lần đầu tiên được đề xuất bởi người Hy Lạp cổ đại Aristarchus của Samos vào thế kỷ thứ ba trước Công nguyên, và sau đó được Seleucus của Seleucia áp dụng [xem Thuyết nhật tâm]. Quan điểm này được phát triển trong một mô hình toán học chi tiết hơn về hệ nhật tâm vào thế kỷ 16 bởi Nicolaus Copernicus
Phát triển hiểu biết khoa học
Các quan sát về vết đen mặt trời đã được các nhà thiên văn học Trung Quốc ghi lại vào thời nhà Hán [206 TCN – 220 SCN], họ đã duy trì hồ sơ về những quan sát này trong nhiều thế kỷ. Averroes cũng cung cấp một mô tả về các vết đen trong thế kỷ 12. [167] Việc phát minh ra kính viễn vọng vào đầu thế kỷ 17 đã cho phép Thomas Harriot, Galileo Galilei và các nhà thiên văn học khác quan sát chi tiết vết đen Mặt trời. Galileo cho rằng các vết đen nằm trên bề mặt của Mặt trời chứ không phải các vật thể nhỏ đi qua giữa Trái đất và Mặt trời. [168]
Những đóng góp về thiên văn học của người Ả Rập bao gồm khám phá của Al-Battani rằng hướng của apogee của Mặt trời [vị trí trên quỹ đạo của Mặt trời so với các ngôi sao cố định nơi nó dường như di chuyển chậm nhất] đang thay đổi. [169] [Theo thuật ngữ nhật tâm hiện đại, hiện tượng này được gây ra bởi chuyển động dần dần của điểm viễn nhật của quỹ đạo Trái đất]. Ibn Yunus đã quan sát hơn 10.000 mục cho vị trí của Mặt trời trong nhiều năm bằng cách sử dụng một thiên văn lớn. [170]
Sol, Mặt Trời, từ ấn bản năm 1550 của cuốn sách Liber Astronomiae của Guido Bonatti
Từ một quan sát về sự đi qua của Sao Kim vào năm 1032, nhà thiên văn học và bác học người Ba Tư Ibn Sina đã kết luận rằng Sao Kim gần Trái đất hơn Mặt trời. [171] Năm 1672 Giovanni Cassini và Jean Richer xác định khoảng cách tới Sao Hỏa và từ đó tính được khoảng cách tới Mặt trời
Năm 1666, Isaac Newton đã quan sát ánh sáng của Mặt trời bằng lăng kính và chỉ ra rằng nó được tạo thành từ ánh sáng có nhiều màu. [172] Năm 1800, William Herschel khám phá ra bức xạ hồng ngoại ngoài phần màu đỏ của quang phổ mặt trời. [173] Thế kỷ 19 chứng kiến sự tiến bộ trong nghiên cứu quang phổ về Mặt trời; . Thế kỷ 20 đã mang lại một số hệ thống chuyên dụng để quan sát mặt trời, đặc biệt là ở các bước sóng dải hẹp khác nhau, chẳng hạn như những hệ thống sử dụng Canxi H [396. 9 nm], K [393. 37 nm] và Hydrogen-alpha [656. lọc 46 nm]
Mặt trời nhìn thấy trong ánh sáng Hydrogen-alpha
Trong những năm đầu của kỷ nguyên khoa học hiện đại, nguồn năng lượng của Mặt trời là một câu đố quan trọng. Lord Kelvin cho rằng Mặt trời là một vật thể lỏng nguội dần đang tỏa ra một kho nhiệt bên trong. [174] Kelvin và Hermann von Helmholtz sau đó đề xuất một cơ chế co hấp dẫn để giải thích sản lượng năng lượng, nhưng kết quả ước tính tuổi chỉ là 20 triệu năm, rất ngắn so với khoảng thời gian ít nhất 300 triệu năm được đề xuất bởi một số khám phá địa chất về điều đó . [174][175] Năm 1890 Joseph Lockyer, người phát hiện ra helium trong quang phổ Mặt trời, đã đề xuất một giả thuyết thiên thạch về sự hình thành và tiến hóa của Mặt trời. [176]
Mãi đến năm 1904, một giải pháp được ghi lại mới được cung cấp. Ernest Rutherford gợi ý rằng sản lượng của Mặt trời có thể được duy trì bởi một nguồn nhiệt bên trong và đề xuất phân rã phóng xạ là nguồn. [177] Tuy nhiên, chính Albert Einstein sẽ là người cung cấp manh mối cơ bản về nguồn phát ra năng lượng của Mặt trời với hệ thức tương đương khối lượng-năng lượng E = mc2 của ông. [178] Năm 1920, Sir Arthur Eddington đề xuất rằng áp suất và nhiệt độ ở lõi Mặt trời có thể tạo ra phản ứng tổng hợp hạt nhân hợp nhất hydro [proton] vào hạt nhân heli, dẫn đến việc tạo ra năng lượng từ sự thay đổi tổng thể về khối lượng. [179] Ưu thế của hydro trong Mặt trời đã được xác nhận vào năm 1925 bởi Cecilia Payne bằng cách sử dụng lý thuyết ion hóa do Meghnad Saha phát triển. Khái niệm lý thuyết về sự hợp nhất được phát triển vào những năm 1930 bởi các nhà vật lý thiên văn Subrahmanyan Chandrasekhar và Hans Bethe. Hans Bethe đã tính toán chi tiết hai phản ứng hạt nhân tạo ra năng lượng chính cung cấp năng lượng cho Mặt trời. [180][181] Năm 1957, Margaret Burbidge, Geoffrey Burbidge, William Fowler và Fred Hoyle chỉ ra rằng hầu hết các nguyên tố trong vũ trụ được tổng hợp bởi các phản ứng hạt nhân bên trong các ngôi sao, một số giống như Mặt trời. [182]
Nhiệm vụ không gian năng lượng mặt trời
Các vệ tinh đầu tiên được thiết kế để quan sát Mặt trời trong thời gian dài từ không gian liên hành tinh là Pioneers 6, 7, 8 và 9 của NASA, được phóng từ năm 1959 đến 1968. Những tàu thăm dò này quay quanh Mặt trời ở khoảng cách tương tự như Trái đất và thực hiện các phép đo chi tiết đầu tiên về gió mặt trời và từ trường mặt trời. Pioneer 9 hoạt động trong một thời gian đặc biệt dài, truyền dữ liệu cho đến tháng 5 năm 1983. [183][184]
Vào những năm 1970, hai tàu vũ trụ Helios và Núi Kính viễn vọng Skylab Apollo đã cung cấp cho các nhà khoa học dữ liệu mới quan trọng về gió mặt trời và vành nhật hoa. Đầu dò Helios 1 và 2 là U. S. –Sự hợp tác của Đức đã nghiên cứu gió mặt trời từ một quỹ đạo mang theo tàu vũ trụ bên trong quỹ đạo của Sao Thủy ở điểm cận nhật. [185] Trạm vũ trụ Skylab, do NASA phóng vào năm 1973, bao gồm một mô-đun quan sát năng lượng mặt trời gọi là Núi Kính viễn vọng Apollo được vận hành bởi các phi hành gia cư trú trên trạm. [79] Skylab đã thực hiện các quan sát lần đầu tiên được giải quyết lần đầu tiên về vùng chuyển tiếp của mặt trời và phát xạ tia cực tím từ vành nhật hoa. [79] Các khám phá bao gồm những quan sát đầu tiên về sự phun trào khối vành nhật hoa, sau đó được gọi là "sự chuyển tiếp vành nhật hoa" và các lỗ vành nhật hoa, hiện được biết là có liên quan mật thiết với gió mặt trời. [185]
Trong những năm 1970, nhiều nghiên cứu tập trung vào sự phong phú của các nguyên tố nhóm sắt trong Mặt trời. [186][187] Mặc dù nghiên cứu quan trọng đã được thực hiện, nhưng cho đến năm 1978 rất khó xác định hàm lượng của một số nguyên tố nhóm sắt [e. g. coban và mangan] qua quang phổ vì cấu trúc siêu mịn của chúng. [186] Bộ cường độ dao động phần lớn hoàn chỉnh đầu tiên của các nguyên tố nhóm sắt bị ion hóa đơn lẻ đã được cung cấp vào những năm 1960,[188] và những bộ này sau đó đã được cải thiện. [189] Năm 1978, sự phong phú của các nguyên tố đơn lẻ bị ion hóa của nhóm sắt được xác định. [186] Nhiều tác giả đã xem xét sự tồn tại của một gradient trong thành phần đồng vị của các khí hiếm của hành tinh và mặt trời,[190] e. g. mối tương quan giữa các thành phần đồng vị của neon và xenon trong Mặt trời và trên các hành tinh. [191] Trước năm 1983, người ta cho rằng toàn bộ Mặt trời có cùng thành phần với bầu khí quyển của Mặt trời. [192] Năm 1983, người ta tuyên bố rằng chính sự phân đoạn trong Mặt trời đã gây ra mối quan hệ thành phần đồng vị giữa hành tinh và khí hiếm được cấy vào gió mặt trời. [192]
Năm 1980, tàu thăm dò Solar Maximum Mission được NASA phóng lên. Tàu vũ trụ này được thiết kế để quan sát tia gamma, tia X và bức xạ tia cực tím từ các vết lóa mặt trời trong thời gian hoạt động của mặt trời và độ sáng của mặt trời cao. Tuy nhiên, chỉ vài tháng sau khi ra mắt, một sự cố điện tử đã khiến tàu thăm dò chuyển sang chế độ chờ và nó đã trải qua ba năm tiếp theo ở trạng thái không hoạt động này. Năm 1984, sứ mệnh Tàu con thoi STS-41C đã thu hồi vệ tinh và sửa chữa các thiết bị điện tử của nó trước khi đưa nó trở lại quỹ đạo. Sứ mệnh Tối đa Mặt trời sau đó đã thu được hàng nghìn hình ảnh về vành nhật hoa trước khi quay trở lại bầu khí quyển Trái đất vào tháng 6 năm 1989. [193]
Ra mắt vào năm 1991, vệ tinh Yohkoh [Tia nắng] của Nhật Bản đã quan sát các vết lóa mặt trời ở bước sóng tia X. Dữ liệu của nhiệm vụ cho phép các nhà khoa học xác định một số loại pháo sáng khác nhau và chứng minh rằng vành nhật hoa cách xa các khu vực hoạt động cực đại năng động và tích cực hơn nhiều so với giả định trước đây. Yohkoh đã quan sát toàn bộ chu kỳ Mặt trời nhưng đã chuyển sang chế độ chờ khi nhật thực hình khuyên vào năm 2001 khiến nó mất khóa Mặt trời. Nó đã bị phá hủy bởi tái nhập khí quyển vào năm 2005. [194]
Một trong những sứ mệnh quan trọng nhất về mặt trời cho đến nay là Đài quan sát Mặt trời và Nhật quyển, do Cơ quan Vũ trụ Châu Âu và NASA cùng xây dựng và phóng vào ngày 2 tháng 12 năm 1995. [79] Ban đầu dự định phục vụ một nhiệm vụ truyền giáo hai năm, việc gia hạn nhiệm vụ đến năm 2012 đã được chấp thuận vào tháng 10 năm 2009. [195] Nó đã được chứng minh là hữu ích đến mức một nhiệm vụ tiếp theo, Đài quan sát Động lực học Mặt trời, đã được khởi động vào tháng 2 năm 2010. [196] Nằm ở điểm Lagrangian giữa Trái đất và Mặt trời [tại đó lực hấp dẫn từ cả hai bên bằng nhau], SOHO đã cung cấp tầm nhìn liên tục về Mặt trời ở nhiều bước sóng kể từ khi được phóng. [79] Bên cạnh việc quan sát trực tiếp Mặt trời, SOHO đã cho phép phát hiện ra một số lượng lớn sao chổi, chủ yếu là các sao chổi sung băng nhỏ đốt cháy khi chúng đi qua Mặt trời. [197]
Tất cả các vệ tinh này đã quan sát Mặt trời từ mặt phẳng hoàng đạo và do đó chỉ quan sát chi tiết các vùng xích đạo của nó. Tàu thăm dò Ulysses được phóng vào năm 1990 để nghiên cứu các vùng cực của Mặt trời. Lần đầu tiên nó du hành tới Sao Mộc, để "súng cao su" vào một quỹ đạo sẽ đưa nó vượt xa mặt phẳng của đường hoàng đạo. Khi Ulysses ở trong quỹ đạo theo lịch trình, nó bắt đầu quan sát gió mặt trời và cường độ từ trường ở các vĩ độ cao của mặt trời, nhận thấy rằng gió mặt trời từ các vĩ độ cao đang di chuyển với tốc độ khoảng 750 km/s, tốc độ này chậm hơn so với dự kiến và có . [198]
Sự phong phú của các nguyên tố trong quang quyển đã được biết rõ từ các nghiên cứu quang phổ, nhưng thành phần bên trong Mặt trời thì chưa được hiểu rõ hơn. Sứ mệnh hoàn trả mẫu gió mặt trời, Genesis, được thiết kế để cho phép các nhà thiên văn đo trực tiếp thành phần của vật chất mặt trời. [199]
vấn đề chưa được giải quyết
Hệ thống sưởi coronal
Nhiệt độ của quang quyển xấp xỉ 6.000 K, trong khi nhiệt độ của vành nhật hoa đạt tới 1.000.000–2.000.000 K. [78] Nhiệt độ cao của vành nhật hoa cho thấy nó được làm nóng bởi thứ gì đó khác với sự dẫn nhiệt trực tiếp từ quyển sáng. [80]
Người ta cho rằng năng lượng cần thiết để làm nóng vành nhật hoa được cung cấp bởi chuyển động hỗn loạn trong vùng đối lưu bên dưới quang quyển, và hai cơ chế chính đã được đề xuất để giải thích sự nóng lên của vành nhật hoa. [78] Đầu tiên là sự nóng lên của sóng, trong đó sóng âm thanh, sóng hấp dẫn hoặc từ thủy động lực học được tạo ra bởi sự nhiễu loạn trong vùng đối lưu. [78] Những sóng này di chuyển lên trên và tiêu tan trong vành nhật hoa, tích tụ năng lượng của chúng vào vật chất xung quanh dưới dạng nhiệt. [206] Loại còn lại là sự đốt nóng từ trường, trong đó năng lượng từ trường liên tục được tích tụ bởi chuyển động của quang quyển và được giải phóng thông qua sự kết nối lại từ trường dưới dạng các vết lóa mặt trời lớn và vô số các sự kiện tương tự nhưng nhỏ hơn—các tia lửa nano. [207]
Hiện tại, vẫn chưa rõ liệu sóng có phải là một cơ chế sưởi ấm hiệu quả hay không. Tất cả các sóng ngoại trừ sóng Alfvén đã được phát hiện là tiêu tan hoặc khúc xạ trước khi đến vành nhật hoa. [208] Ngoài ra, sóng Alfvén không dễ tiêu tan trong nhật hoa. Do đó, trọng tâm nghiên cứu hiện tại đã chuyển sang các cơ chế đốt nóng. [78]
Mặt trời trẻ yếu ớt
Các mô hình lý thuyết về sự phát triển của Mặt trời gợi ý rằng 3. 8 đến 2. 5 tỷ năm trước, trong thời kỳ Thái cổ, Mặt trời chỉ sáng bằng khoảng 75% so với ngày nay. Một ngôi sao yếu như vậy sẽ không thể duy trì nước lỏng trên bề mặt Trái đất và do đó sự sống không thể phát triển. Tuy nhiên, hồ sơ địa chất chứng minh rằng Trái đất đã duy trì ở nhiệt độ khá ổn định trong suốt lịch sử của nó và Trái đất trẻ có phần ấm hơn so với ngày nay. Một giả thuyết giữa các nhà khoa học là bầu khí quyển của Trái đất non trẻ chứa lượng khí nhà kính [chẳng hạn như carbon dioxide, metan] lớn hơn nhiều so với hiện nay, giữ lại đủ nhiệt để bù cho lượng năng lượng mặt trời nhỏ hơn đến được với nó. [209]
Tuy nhiên, việc kiểm tra trầm tích Archaean dường như không phù hợp với giả thuyết về nồng độ nhà kính cao. Thay vào đó, phạm vi nhiệt độ vừa phải có thể được giải thích bằng suất phản chiếu bề mặt thấp hơn do diện tích lục địa ít hơn và thiếu các hạt nhân ngưng tụ đám mây sinh học gây ra. Điều này sẽ dẫn đến tăng khả năng hấp thụ năng lượng mặt trời, do đó bù đắp cho sản lượng mặt trời thấp hơn. [210]
Quan sát bằng mắt
Mặt trời nhìn từ Trái đất, với ánh sáng lóa từ các thấu kính. Mắt còn nhìn thấy chói khi nhìn thẳng về phía Mặt trời
Độ sáng của Mặt trời có thể gây đau đớn khi nhìn bằng mắt thường; . [211][212] Nhìn thẳng vào Mặt trời [sungazing] gây ra các tạo tác thị giác phosphene và mù một phần tạm thời. Nó cũng cung cấp khoảng 4 milliwatt ánh sáng mặt trời tới võng mạc, làm nóng nhẹ võng mạc và có khả năng gây tổn thương cho mắt do không thể phản ứng đúng với độ sáng. [213][214] Việc quan sát trực tiếp Mặt trời trong thời gian dài bằng mắt thường có thể bắt đầu gây ra các tổn thương giống như bị cháy nắng do tia cực tím trên võng mạc sau khoảng 100 giây, đặc biệt là trong các điều kiện mà tia cực tím từ Mặt trời có cường độ mạnh . [215][216]
Quan sát Mặt trời qua quang học tập trung ánh sáng như ống nhòm có thể dẫn đến tổn thương vĩnh viễn cho võng mạc nếu không có bộ lọc thích hợp ngăn chặn tia cực tím và làm giảm đáng kể ánh sáng mặt trời. Khi sử dụng bộ lọc suy giảm để xem Mặt trời, người xem nên sử dụng bộ lọc được thiết kế riêng cho mục đích sử dụng đó. Một số bộ lọc ngẫu hứng truyền tia UV hoặc IR thực sự có thể gây hại cho mắt ở mức độ sáng cao. [217] Nhìn thoáng qua Mặt trời giữa trưa qua kính viễn vọng không được lọc có thể gây ra tổn thương vĩnh viễn. [218]
Trong thời gian mặt trời mọc và lặn, ánh sáng mặt trời bị suy giảm do tán xạ Rayleigh và tán xạ Mie từ một hành trình dài đặc biệt xuyên qua bầu khí quyển của Trái đất,[219] và Mặt trời đôi khi đủ mờ để có thể quan sát thoải mái bằng mắt thường hoặc an toàn bằng quang học [miễn là có . Điều kiện sương mù, bụi trong khí quyển và độ ẩm cao góp phần vào sự suy giảm khí quyển này. [220]
Một hiện tượng quang học, được gọi là chớp xanh, đôi khi có thể được nhìn thấy ngay sau khi mặt trời lặn hoặc trước khi mặt trời mọc. Hiện tượng lóe sáng là do ánh sáng từ Mặt trời ngay dưới đường chân trời bị bẻ cong [thường thông qua sự đảo ngược nhiệt độ] về phía người quan sát. Ánh sáng có bước sóng ngắn hơn [tím, lam, lục] bị bẻ cong nhiều hơn ánh sáng có bước sóng dài hơn [vàng, cam, đỏ] nhưng ánh sáng tím và lam bị tán xạ nhiều hơn, để lại ánh sáng được coi là lục. [221]
Khía cạnh tôn giáo
Các vị thần mặt trời đóng một vai trò quan trọng trong nhiều tôn giáo và thần thoại thế giới. [222] Tục thờ Mặt trời là trung tâm của các nền văn minh như người Ai Cập cổ đại, người Inca ở Nam Mỹ và người Aztec ở Mexico ngày nay. Trong các tôn giáo như Ấn Độ giáo, Mặt trời vẫn được coi là một vị thần, ông được gọi là Surya Dev. Nhiều di tích cổ đại được xây dựng với ý tưởng về các hiện tượng mặt trời;
Người Sumer cổ đại tin rằng Mặt trời là Utu,[223][224] vị thần công lý và là em song sinh của Inanna, Nữ hoàng Thiên đàng,[223] người được xác định là hành tinh Venus. [224] Sau đó, Utu được đồng nhất với vị thần Shamash của Đông Semit. [223][224] Utu được coi là một vị thần trợ giúp, người đã giúp đỡ những người gặp nạn,[223] và, trong hình tượng học, ông thường được miêu tả với bộ râu dài và tay cầm cưa,[223] thể hiện vai trò của ông là . [223]
Ít nhất là từ Vương triều thứ tư của Ai Cập cổ đại, Mặt trời được tôn thờ là thần Ra, được miêu tả là một vị thần đầu chim ưng được bao quanh bởi đĩa mặt trời và được bao quanh bởi một con rắn. Trong thời kỳ Đế chế Mới, Mặt trời được đồng nhất với con bọ phân, quả bóng phân hình cầu của nó được đồng nhất với Mặt trời. Ở dạng đĩa mặt trời Aten, Mặt trời đã hồi sinh một thời gian ngắn trong Thời kỳ Amarna khi nó một lần nữa trở thành vị thần ưu việt, nếu không muốn nói là duy nhất đối với Pharaoh Akhenaton. [225][226]
Người Ai Cập miêu tả thần Ra được chở trên bầu trời trong một chiếc thuyền mặt trời, cùng với các vị thần nhỏ hơn, và đối với người Hy Lạp, ông là Helios, được chở bởi một cỗ xe do những con ngựa lửa kéo. Từ thời trị vì của Elagabalus vào cuối Đế chế La Mã, sinh nhật của Mặt trời là một ngày lễ được tổ chức với tên gọi Sol Invictus [nghĩa đen là "Mặt trời không bị chinh phục"] ngay sau ngày đông chí, có thể là một tiền đề của lễ Giáng sinh. Liên quan đến các ngôi sao cố định, Mặt trời xuất hiện từ Trái đất và quay mỗi năm một lần dọc theo đường hoàng đạo qua cung hoàng đạo, và vì vậy các nhà thiên văn học Hy Lạp đã phân loại nó là một trong bảy hành tinh [các hành tinh trong tiếng Hy Lạp, "người lang thang"]; . [227][228][229]
Trong tôn giáo Proto-Ấn-Âu, Mặt trời được nhân cách hóa thành nữ thần *Seh2ul. [230][231] Các biến thể của nữ thần này trong các ngôn ngữ Ấn-Âu bao gồm tiếng Bắc Âu Cổ Sól, tiếng Phạn Surya, tiếng Gaulish Sulis, tiếng Saulė của Litva và tiếng Solntse của tiếng Slav. [231] Trong tôn giáo Hy Lạp cổ đại, thần mặt trời là nam thần Helios,[232] người sau này được đồng bộ hóa với Apollo. [233]
Trong Kinh Thánh, Ma-la-chi 4. 2 đề cập đến "Mặt trời Công chính" [đôi khi được dịch là "Mặt trời Công lý"],[234] mà một số Cơ đốc nhân đã giải thích là ám chỉ đến Đấng cứu thế [Đấng Christ]. [235] Trong văn hóa La Mã cổ đại, Chủ nhật là ngày của thần mặt trời. Nó được chấp nhận là ngày Sa-bát bởi những Cơ đốc nhân không có nguồn gốc Do Thái. Biểu tượng của ánh sáng là một thiết bị ngoại giáo được các Kitô hữu sử dụng và có lẽ là thiết bị quan trọng nhất không đến từ truyền thống Do Thái. Trong ngoại giáo, Mặt trời là nguồn sống, ban hơi ấm và ánh sáng cho loài người. Đó là trung tâm của một giáo phái nổi tiếng của người La Mã, những người sẽ đứng vào lúc bình minh để đón những tia nắng đầu tiên khi họ cầu nguyện. Lễ kỷ niệm ngày đông chí [ảnh hưởng đến lễ Giáng sinh] là một phần của sự sùng bái Mặt trời vô song của người La Mã [Sol Invictus]. Các nhà thờ Thiên chúa giáo được xây dựng với hướng sao cho hội chúng hướng về phía mặt trời mọc ở phương Đông. [236]
Tonatiuh, thần mặt trời của người Aztec, thường được miêu tả cầm cung tên và khiên[237] và gắn liền với tục lệ hiến tế người. [237] Nữ thần mặt trời Amaterasu là vị thần quan trọng nhất trong Thần đạo,[238][239] và bà được cho là tổ tiên trực tiếp của tất cả các hoàng đế Nhật Bản. [238]