太阳结构之对流层--太阳也一直开着振动模式？

对流层

光能在辐射区逐渐被重粒子吸收，变成粒子的动能（热能）。当辐射区顶的实际温度梯度绝对值大于绝热温度梯度绝对值时，即温度变化太快，超过了绝热传导的速度，就会发生对流运动，进而形成对流层（来不及传递能量了，我自己动吧）。

这就相当于辐射区是个火炉，在加热对流层中的物质，底部热物质向上运动，直达太阳表面并冷却，然后下沉到底部，重新加热，再次上升，如此反复，形成循环的冷热交替过程，完成能量的传输（烧开水）。所以太阳不是平静的球体，而是在时刻沸腾着。

对流层一直延伸到太阳表面（即光球面）。到光球面的温度和密度分别下降到了5700 K 和。目前认为，对流层与辐射区的分界面是太阳差旋层，差旋层就是自转速度由内到外开始变化的位置。太阳与固态形式的地球不同，它是个气体星球，其自转不能看成刚体。内核和辐射区密度非常大，而且主要是光子传输能量，可近似看成刚体。而对流层中主要是对流传输能量，发生流体运功，所以自转速度与辐射区和内核会有不同。同样的原因，太阳表面上不同纬度的自转角速度不同叫做较差自转（differential rotation）。

太阳上还有一个有意思的现象，就是太阳一直发生着周期约为5分钟的振动，这是Noyes和Simon在1960年发现的。经过研究发现这是在太阳内部由压力驱动的声波被捕获而形成的表面振动。对流区的湍动造成压强的扰动以声波的形式传播，往外传播到光球面（上边界）由于密度和压强迅速降低而形成反射；往内传播由于传播方向连续折射而最终也形成反射（下边界），导致波动被捕获。这种振动被称为P模振动（不知道为什么叫这个名字）。

P模振动

声波被困在太阳内部是因为声波由外向里传播时，进入温度逐渐增加的层次后，声速逐渐增加，气体折射率变小，声波逐渐发生折射。连续折射的效果便形成了全反射。那为什么会在光球反射呢？可以根据压力平衡，加入微小波动可以推出一个波动方程。带入光球层的参数可以算出光球层的截止频率就是约为5分钟周期的振荡。这就表示频率大的波动传播走了，小于5分钟的被反射了。

波动被捕获示意图

米粒组织

太阳表面的米粒组织就是对流层中对流的表现形式，通过天文望远镜就能看到，但我们所观测到的米粒组织只是对流元胞上表面，表面下还有更复杂的结构，只不过无法观测到。因为不能直接接触太阳，我们现在对太阳的研究主要是通过光学手段。下面是一些米粒组织的观测规律。

米粒组织是连续形成和消失的，是一种湍动的形式，典型尺度1 Mm，生存周期5~10min（即对流元循环周期）。

米粒中心含有上升热气流(几km/s ) ，相对较亮，并向四周外流。米粒边界较暗，代表下沉的冷物质。

上升流（中心）和下沉流（边界）的温度差Δ 大约500~600K (光球平均温度的10%)。

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图2来自：https://dokumen.tips/documents/helioseismology-i-basic-principles-of-stellar-oscillations-ii-global-helioseismology.html

图1没找到来源，作者看到的话请联系我，侵删致歉！

最近发现的公式编辑器不太好用，有个别符号手机上显示不出来，所以就尽量不用公式编辑器了。