太陽

太陽には明確な境界はありませんが、光球からの高さが増すにつれて密度は指数関数的に減少します。^{[ 39 ]}測定の目的で、太陽の半径は、その中心から光球の端、つまり太陽の見かけ上の表面までの距離とみなされます。^{[ 40 ]} 太陽の丸さは、赤道での半径と、${\displaystyle R_{\textrm {eq}}}$そしてその極では、${\displaystyle R_{\textrm {pol}}}$扁平性と呼ば^れる[ ^{41 ]}

$${\displaystyle \Delta _{\odot }=(R_{\textrm {eq}}-R_{\textrm {pol}})/R_{\textrm {pol}}.}$$

その値を測定するのは難しい。大気による歪みがあるため、測定は衛星で行う必要がある。値が非常に小さいため、非常に精密な技術が必要となる。^{[ 42 ]}

扁平度はかつて水星の近日点歳差運動を説明するのに十分であると提案されたが、アインシュタインは一般相対性理論が球状の太陽を用いて歳差運動を説明できると提案した。^{[ 42 ]}太陽力学観測衛星^{[ 43 ]}と ピカール衛星^{[ 41 ]}によって扁平度の高精度測定が可能になったとき、測定値は予想よりもさらに小さかった。^{[ 42 ]}8.2 × 10 ⁻⁶、つまり百万分の8。これらの測定により、太陽はこれまで観測された中で最も完全な球体に最も近い自然物であることが判明した。^{[ 44 ]}扁平率の値は、太陽放射の変化に関係なく一定である。^{[ 41 ]}惑星の潮汐効果は弱く、太陽の形状に大きな影響を与えない。^{[ 45 ]}

太陽は極よりも赤道で速く回転します。この回転速度の差は、熱輸送による対流運動と太陽の自転によるコリオリ力によって引き起こされます。恒星によって定義される基準系では、自転周期は赤道で約25.6日、極で約33.5日です。地球が太陽の周りを公転しているとき、太陽の赤道での見かけの自転周期は約28日です。^{[ 46 ]}北極の上空から見ると、太陽は自転軸を中心に反時計回りに回転します。 ^{[ c ] [ 47 ]}

太陽類似天体の調査によると、初期の太陽は現在よりも最大10倍速く自転していたと考えられています。これにより、表面ははるかに活発になり、X線や紫外線の放射量も増加したでしょう。黒点が太陽表面を覆っていたと考えられます。表面の5%～30% 。 ^{[ 48 ]}太陽の磁場が流出する太陽風と相互作用することで、磁気ブレーキによって回転速度は徐々に遅くなった。^{[ 49 ]}この高速な原始回転の名残は、太陽の中心部に今も残っており、そこは週に 1 回、つまり表面の平均回転速度の 4 倍の速度で回転している。^{[ 50 ] [ 51 ]}

太陽は主に水素とヘリウムという元素で構成されています。太陽の現段階では、光球における太陽の質量のそれぞれ74.9%と23.8%を水素とヘリウムが占めています。^{[ 52 ]}天文学で金属と呼ばれるより重い元素はすべて質量の2%未満を占めており、酸素（太陽の質量の約1%）、炭素（0.3%）、ネオン（0.2%）、鉄（0.2%）が最も豊富です。^{[ 53 ]}

太陽の元の化学組成は、太陽が形成された星間物質から受け継がれたものです。元々は、水素が約 71.1%、ヘリウムが 27.4%、より重い元素が 1.5% だったと考えられています。^{[ 52 ]}太陽の水素とヘリウムの大部分は、宇宙の最初の 20 分にビッグバン核合成によって生成され、より重い元素は太陽が形成される前の世代の星によって生成され、恒星の寿命の最終段階や超新星爆発などの現象によって星間物質に拡散しました。^{[ 54 ]}

太陽が形成されて以来、主な核融合プロセスは水素をヘリウムに融合させることでした。過去 46 億年の間に、太陽内のヘリウムの量とその位置は徐々に変化してきました。核内のヘリウムの割合は核融合により約 24% から約 60% に増加し、ヘリウムと重元素の一部は重力により光球から太陽の中心に向かって沈降しました。より重い元素の割合は変化していません。熱は対流ではなく放射によって太陽の核から外に伝達されるため (下記の放射層を参照)、核融合生成物は熱によって外に持ち上げられることはなく、核内に留まります^{[ 55 ]。}そして徐々にヘリウムの内部核が形成され始めましたが、現在の太陽の核はヘリウムを核融合させるほど高温でも高密度でもないため、核融合は起こりません。現在の光球では、ヘリウムの割合が減少しており、金属量は原始星段階（中心部で核融合が始まる前）のわずか84%に過ぎません。将来、中心部ではヘリウムが蓄積され続け、約50 億年後にはこの緩やかな蓄積によって太陽は主系列星から外れ、赤色巨星になるでしょう。^{[ 56 ]}

光球の化学組成は、通常、原始太陽系の組成を代表するものと考えられています。^{[ 57 ]}通常、上述の太陽の重元素存在量は、太陽の光球の分光法と、融点まで加熱されたことのない隕石中の存在量の測定の両方によって測定されます。これらの隕石は、原始太陽の組成を保持していると考えられており、重元素の沈降の影響を受けません。この2つの方法は、一般的によく一致しています。^{[ 58 ]}

太陽の核は中心から太陽半径の約20～25%まで広がっている。^{[ 59 ]}密度は最大で150  g/cm³ ^{[ 60 ] [ 61 ] （}液体の水の密度の約150倍）で、温度は1570 万ケルビン（K）に近い。^{[ 61 ]}対照的に、太陽の表面温度は約5800  K。SOHOミッションデータの最近の分析では、中心部が外側の放射層よりも速く回転しているという考えが支持されています。^{[ 59 ]}太陽の生涯のほとんどにおいて、エネルギーは陽子-陽子連鎖による中心部での核融合によって生成されてきました。このプロセスは水素をヘリウムに変換します。^{[ 62 ]}現在、太陽で生成されるエネルギーの0.8%は、CNOサイクルと呼ばれる別の一連の核融合反応によるものです。CNOサイクルからの割合は、太陽が古くなり、より明るくなるにつれて増加すると予想されています。^{[ 63 ] [ 64 ]}

太陽の中心部は、核融合によってかなりの量の熱エネルギーを生成する唯一の領域です。太陽のエ​​ネルギーの99%は半径の最も内側の24%で生成され、半径の30%より外側ではほとんど核融合は起こりません。太陽の残りの部分は、このエネルギーが多くの連続した層を通して外側に伝達される際に加熱され、最終的に太陽光球に到達し、そこで放射（光子）または移流（質量のある粒子）によって宇宙空間に放出されます。^{[ 32 ] [ 65 ]}

プロトン-プロトン連鎖は、コアでは毎秒9.2 × 10 ³⁷回、約 3.7 × 10を変換します^{毎秒38 個の}陽子がアルファ粒子(ヘリウム原子核) に変換される (合計で約太陽には8.9 × 10 ^{56 個の自由陽子がある。}6.2 × 10 ¹¹  kg/s。しかし、陽子1個（平均）がPP連鎖を用いて別の陽子と融合するには約90億年かかります。^{[ 32 ]} 4個の自由陽子（水素原子核）を1個のアルファ粒子（ヘリウム原子核）に融合させると、融合した質量の約0.7%がエネルギーとして放出されます。^{[ 66 ]}そのため、太陽は質量エネルギー変換率42 億6000万 kg/s（6000億 kgの水素が必要^{[ 67 ]}）で、384.6ヨタワットのエネルギーを放出しています。 3.846 × 10 ²⁶  W )、^{[ 5 ]}または 9.192 × 10毎秒¹⁰メガトンの TNT に相当します。太陽の大きな出力は、主にその中心部の巨大なサイズと密度 (地球や地球上の物体と比較して) によるもので、 1 立方メートルあたりに生成される電力はかなり小さいものです。太陽内部の理論モデルでは、中心部での最大電力密度、つまりエネルギー生成は、約 276.5ワット/立方メートル^{であることが示されています[ 68 ]。}カール・クルシェルニツキによれば、これは堆肥の山の中の電力密度とほぼ同じです^{[ 69 ]}。 

中心部の核融合速度は安定した平衡状態にある。核融合速度がわずかに高くなると、中心部はより加熱され、外層の重みに抗してわずかに膨張し、密度が低下して核融合速度が低下し、摂動が修正される。また、核融合速度がわずかに低くなると、中心部は冷却されてわずかに収縮し、密度が増加して核融合速度が上昇し、再び現在の速度に戻る。^{[ 70 ]}

放射層は太陽の最も厚い層です。中心核の上、約 0.25 太陽半径から始まり、約 0.7太陽半径まで広がっています。この層は、熱放射がエネルギー伝達の主要な手段であることからそのように名付けられました。光子は高密度のガスから非常に頻繁に散乱するため、この層を通過するのに 100 万年かかります。^{[ 71 ]}中心核からの距離が増加するにつれて、温度は約 700 万ケルビンから 200 万ケルビンまで低下します。 ^{[ 61 ]}この温度勾配は断熱減率の値よりも小さいため、対流を引き起こすことができません。これが、この層を通るエネルギー伝達が熱対流ではなく放射によって行われる理由です。 ^{[ 61 ]}密度は、0.25 太陽半径から放射層の上端である 0.7 太陽半径の間で 100 分の 1 (20,000 kg/m ³から200 kg/m ³ ) まで低下します。^{[ 71 ]}   

放射層と対流層は、遷移層であるタコクラインによって隔てられています。これは、放射層の均一回転と対流層の差動回転との間の急激な体制変化によって、両者の間に大きなせん断が生じる領域であり、連続する水平層が互いに滑り合う状態になります。^{[ 72 ]}現在、この層内の磁気ダイナモ、または太陽ダイナモが太陽の磁場を生成しているという仮説が立てられています。^{[ 61 ]}

太陽の対流層は、太陽半径の0.7倍（50万 km）から表面近くまで広がっています。この層では、太陽プラズマは密度も温度も十分ではないため、内部の熱エネルギーを放射によって外部に伝達することはできません。その代わりに、プラズマの密度は対流が発生し、太陽のエネルギーを表面に向かって外へ移動させるのに十分なほど低くなっています。タコクラインで加熱された物質は熱を吸収して膨張し、密度が低下して上昇します。その結果、物質の秩序だった動きによって熱セルが形成され、熱の大部分が上空の太陽の光球へと運ばれます。物質が光球表面のすぐ下で拡散と放射によって冷却されると、密度が増加し、対流層の底まで沈降します。そこで再び放射層の上部から熱を吸収し、対流サイクルが続きます。光球では、温度は350分の1に低下して5,700 K (9,800 °F)となり、密度はわずか0.2 g/m ³ (海面の空気密度の約1/10,000、対流層の内層の密度の100万分の1) になります。^{[ 61 ]}   

対流層の熱柱は太陽の表面に痕跡を残し、最小スケールでは太陽粒状斑、より大きなスケールでは超粒状斑と呼ばれる粒状の外観を呈する。太陽内部のこの外側の部分における乱流対流は、太陽の表面付近の体積にわたって「小規模」ダイナモ作用を維持する。^{[ 61 ]}太陽の熱柱はベナールセルであり、ほぼ六角柱の形をしている。^{[ 73 ]}

太陽大気は、対流層の上部から太陽圏の内側境界まで広がる太陽の領域です。太陽大気は、光球、彩層、コロナの3 つの主要な層に分けられることがよくあります。^{[ 74 ]}彩層とコロナは薄い遷移領域によって隔てられており、この遷移領域はしばしば追加の独立した層として考えられています。^{[ 75 ] : 173–174}一部の資料では、太陽圏は外側または拡張された太陽大気であると考えています。^{[ 76 ] [ 77 ]}

光球

太陽の可視表面である光球は、太陽が可視光に対して不透明になる層です。^{[ 78 ]}この層で生成された光子は、その上にある透明な太陽大気を通過して太陽から脱出し、太陽放射、つまり太陽光になります。不透明度の変化は、可視光を容易に吸収するH−イオンの量が減少することによるものです。^{[ 78 ]逆に、知覚される可視光は、電子が水素原子と反応してH−イオンを}生成することによって生成されます。^{[ 79 ] [ 80 ]}

光球の厚さは数十キロメートルから数百キロメートルで、地球上の空気よりわずかに透明度が低い。光球の上部は下部よりも温度が低いため、太陽の像は中心部が太陽円盤の端や縁よりも明るく見える。これは縁暗化と呼ばれる現象である。^{[ 78 ]}太陽光のスペクトルは、 5,772 K (9,930 °F)で放射する黒体のスペクトルにほぼ等しく、^{[ 12 ]}光球の上にある希薄な層からの原子吸収線が散在している。光球の粒子密度は約 10 ²³ m ^{−3 (海面における}地球大気の体積あたりの粒子数の約 0.37% ) である。光球は完全に電離されておらず、電離の程度は約 3% であり、水素の大部分は原子の形で残っている。^{[ 81 ]}   

太陽の最も低温の層は、約光球から500km上空に あり、温度は約4,100  K。^{[ 78} ]太陽のこの部分は、一酸化炭素や水などの単純な分子が存在するのに十分なほど^低温です。^{[ 82 ]}

クロモスフィア

温度最低層の上には、約 2,000 km の厚さの層があり、輝線と吸収線のスペクトルが支配的です。^{[ 78 ]}彩層は、ギリシャ語で「色」を意味する語根chromaから彩層と呼ばれています。これは、彩層が皆既日食の始まりと終わりに色のついた閃光として見えるためです。^{[ 71 ]}彩層の温度は高度とともに徐々に上昇し、上部付近では約 20,000 K に達します。^{[ 78 ]}彩層の上部では、ヘリウムが部分的に電離します。^{[ 83 ]}

彩層と上層のコロナは薄い（約200  km）温度が約 200 km から急激に上昇する遷移領域上部彩層の20,000  Kからコロナの温度は1,000,000  K。^{[ 84} ]温度上昇は、遷移領域でのヘリウムの完全電離によって促進され、プラズマの放射冷却が大幅に減少します。^{[ 83 ]遷移}領域は明確な高度で発生するわけではなく、スピキュールやフィラメントなどの彩層の特徴の周りに一種の光輪を形成し、常に混沌とした動きをしています。^{[ 71 ]}遷移領域は地球の表面からは容易に見えませんが、極端紫外線に感度のある機器によって宇宙から容易に観測できます。^{[ 85 ]}

コロナ

コロナは太陽の次の層です。太陽表面近くの低コロナの粒子密度は約 10 ¹⁵  m ⁻³～ 10 ¹⁶  m ⁻³です。^{[ 83 ] [ d ]}コロナと太陽風の平均温度は約 1,000,000 ～ 2,000,000  K ですが、最も高温の領域では 8,000,000 ～ 20,000,000 K です。^{[ 84 ]}コロナの温度を説明する完全な理論はまだ存在しませんが、その熱の少なくとも一部は磁気リコネクションによるものであることが知られています。^{[ 84 ] [ 86 ]}

The outer boundary of the corona is located where the radially increasing, large-scale solar wind speed is equal to the radially decreasing Alfvén wave phase speed. This defines a closed, nonspherical surface, referred to as the Alfvén critical surface, below which coronal flows are sub-Alfvénic and above which the solar wind is super-Alfvénic.^[87] The height at which this transition occurs varies across space and with solar activity, reaching its lowest near solar minimum and its highest near solar maximum. In April 2021 the surface was crossed for the first time at heliocentric distances ranging from 16 to 20 solar radii by the Parker Solar Probe.^[88][89] Predictions of its full possible extent have placed its full range within 8 to 30 solar radii.^[90][91][92]

The heliosphere is defined as the region of space where the solar wind dominates over the interstellar medium.^[93] Turbulence and dynamic forces in the heliosphere cannot affect the shape of the solar corona within, because the information can only travel at the speed of Alfvén waves. The solar wind travels outward continuously through the heliosphere,^[94][95] forming the solar magnetic field into a spiral shape,^[86] until it impacts the heliopause more than 50 au (7.5 billion km) from the Sun. In December 2004, the Voyager 1 probe passed through a shock front that is thought to be part of the heliopause.^[96] In late 2012, Voyager 1 recorded a marked increase in cosmic ray collisions and a sharp drop in lower energy particles from the solar wind, which suggested that the probe had passed through the heliopause and entered the interstellar medium,^[97] and indeed did so on 25 August 2012, at approximately 122 au (18.3 billion km) from the Sun.^[98] The heliosphere has a heliotail which stretches out behind it due to the Sun's peculiar motion through the galaxy.^[99]

The Sun's colour is white, with a CIE colour-space index near (0.3, 0.3), when viewed from space or when the Sun is high in the sky. The Solar radiance per wavelength peaks in the green portion of the spectrum when viewed from space.^[109][110] When the Sun is very low in the sky, atmospheric scattering renders the Sun yellow, red, orange, or magenta, and in rare occasions even green or blue. Some cultures mentally picture the Sun as yellow and some even red; the cultural reasons for this are debated.^[111]

日没直後や日の出前に、グリーンフラッシュと呼ばれる光学的現象が見られることがあります。このフラッシュは、地平線のすぐ下にある太陽からの光が（通常は温度逆転によって）観測者の方へ屈折することによって発生します。波長の短い光（紫、青、緑）は波長の長い光（黄、橙、赤）よりも大きく屈折しますが、紫と青の光はより多く散乱されるため、緑色に見える光が残ります。^{[ 112 ]}

目への露出

太陽の明るさは、肉眼で見ると痛みを引き起こす可能性がありますが、短時間であれば、正常な非散瞳眼には危険はありません。^{[ 113 ] [ 114 ]}太陽を直接見ることは、サンゲイジングとして知られており、光視症の視覚的アーティファクトと一時的な部分失明を引き起こします。また、約4 ミリワットの太陽光が網膜に届き、網膜をわずかに加熱し、明るさに適切に反応できない眼に損傷を与える可能性があります。^{[ 115 ] [ 116 ]}肉眼で太陽を直接見ると、 特に紫外線が強く集中している状況では、約100秒後に網膜に紫外線による日焼けのような病変を引き起こす可能性があります。^{[ 117 ] [ 118 ]}

双眼鏡などの集光光学系を通して太陽を見ると、適切なフィルターなしでは網膜に永久的な損傷を与える可能性があります。紫外線や赤外線を透過する自作のフィルターの中には、高輝度レベルで目に害を及ぼすものもあります。^{[ 119 ]}フィルターなしの望遠鏡で正午の太陽をちらっと見るだけでも、永久的な損傷を引き起こす可能性があります。^{[ 120 ]}

日の出と日没時には、太陽光は地球の大気を非常に長い距離通過することによるレイリー散乱とミー散乱によって減衰し、 ^{[ 121 ]}時には肉眼で快適に、または光学機器で安全に観測できるほど暗くなります（雲の切れ間から突然強い太陽光が現れる危険がない場合）。もやがかかった状態、大気中の塵、高湿度などがこの大気減衰に寄与します。^{[ 122 ]}

太陽からの紫外線は地球の昼側の高層大気を電離させ、電気伝導性のある電離層を形成します。^{[ 123 ]}この放射線は日焼けを引き起こし、ビタミンDの生成や日焼けなどの他の生物学的効果もあります。皮膚がんの主な原因です。紫外線は地球のオゾン層によって強く減衰されるため、紫外線の量は緯度によって大きく異なり、人間の肌の色の変化を含む多くの生物学的適応の一因となっています。^{[ 124 ]}太陽からの紫外線には殺菌作用があり、道具や水の消毒に使用できます。

中心部での核融合反応で最初に放出された高エネルギーのガンマ線光子は、通常わずか数ミリメートル移動しただけで、放射層の太陽プラズマにほぼ瞬時に吸収されます。再放出はランダムな方向に起こり、通常はわずかに低いエネルギーで起こります。この放出と吸収のシーケンスにより、放射線が太陽の表面に到達するまでには長い時間がかかります。光子の移動時間の推定値は10,000年から170,000 年です。^{[ 125 ]}対照的に、太陽の全エネルギー生成の約2%を占めるニュートリノが 表面に到達するのにかかる時間はわずか2.3秒です。太陽でのエネルギー輸送は、物質と熱力学的平衡にある光子が関与するプロセスであるため、太陽でのエネルギー輸送の時間スケールは30,000,000年のオーダーでより長くなります。これは、中心部でのエネルギー生成率が突然変化した場合に太陽が安定状態に戻るのにかかる時間です。^{[ 126 ]} 

電子ニュートリノは太陽中心部での核融合反応によって放出されますが、光子とは異なり、物質と相互作用することはほとんどないため、ほぼすべてがすぐに太陽から脱出できます。しかし、太陽で生成されるこれらのニュートリノの数の測定値は、理論が予測するよりも 3 分の 1 少ないです。2001 年にニュートリノ振動が発見され、この矛盾が解消されました。太陽は理論で予測される数の電子ニュートリノを放出しますが、ニュートリノ検出器は検出されるまでにニュートリノのフレーバーが変化するため、そのうち2/3 を見逃していました。 ^{[ 127 ]}

黒点は太陽の光球上の暗い斑点として見え、太陽内部から表面への熱の対流輸送が阻害される磁場の集中に対応しています。その結果、黒点は周囲の光球よりもわずかに温度が低いため、暗く見えます。典型的な太陽活動極小期には、黒点はほとんど見えず、時には全く見えないこともあります。現れる黒点は太陽の高緯度にあります。太陽活動周期が極大期に向かって進むにつれて、黒点は太陽の赤道付近に形成される傾向があり、これはスポラーの法則として知られる現象です。最大の黒点は直径が数万キロメートルにも達することがあります。^{[ 131 ]}

11 年周期の黒点サイクルは、22 年周期のバブコック・レイトン・ダイナモサイクルの半分であり、これは太陽のトロイダル磁場とポロイダル磁場の間の振動的なエネルギー交換に対応します。太陽活動周期の極大期には、外部のポロイダル双極子磁場はダイナモ サイクルの最小強度に近くなりますが、タコクライン内の差動回転によって生成される内部のトロイダル四極子磁場は最大強度に近くなります。ダイナモ サイクルのこの時点で、対流層内の浮力による上昇流が光球を通してトロイダル磁場の出現を促し、東西方向にほぼ整列し、反対の磁極を持つ足跡を持つ黒点のペアが生じます。黒点ペアの磁極は太陽活動周期ごとに交互に変化し、この現象はヘイルの法則によって説明されます。^{[ 132 ] [ 133 ]}

太陽活動周期の衰退期には、エネルギーは内部のトロイダル磁場から外部のポロイダル磁場へと移動し、黒点の数と大きさが減少します。太陽活動周期の極小期には、トロイダル磁場はそれに応じて最小強度となり、黒点は比較的まれになり、ポロイダル磁場は最大強度となります。次の11年周期の黒点周期が始まると、差動回転によって磁気エネルギーがポロイダル磁場からトロイダル磁場へと戻りますが、その極性は前の周期とは逆になります。このプロセスは継続的に進行し、理想化された単純化されたシナリオでは、11年周期の黒点周期ごとに、太陽の大規模磁場の全体的な極性が変化します。^{[ 134 ] [ 135 ]}

太陽の磁場は、総称して太陽活動と呼ばれる多くの影響を引き起こします。太陽フレアとコロナ質量放出は、黒点群で発生する傾向があります。光球表面のコロナホールからは、ゆっくりと変化する高速の太陽風の流れが放出されます。コロナ質量放出と高速の太陽風の流れは、プラズマと惑星間磁場を太陽系外に運び出します。^{[ 136 ]}太陽活動が地球に及ぼす影響には、中緯度から高緯度でのオーロラや、無線通信と電力の障害などがあります。太陽活動は、太陽系の形成と進化に大きな役割を果たしたと考えられています。^{[ 137 ]}

Changes in solar irradiance over the 11-year solar cycle have been correlated with changes in sunspot number.^[138] The solar cycle influences space weather conditions, including those surrounding Earth. For example, in the 17th century, the solar cycle appeared to have stopped entirely for several decades; few sunspots were observed during a period known as the Maunder minimum. This coincided in time with the era of the Little Ice Age, when Europe experienced unusually cold temperatures.^[139][140] Earlier extended minima have been discovered through analysis of tree rings and appear to have coincided with lower-than-average global temperatures.^[141]

The temperature of the photosphere is approximately 6,000 K, whereas the temperature of the corona reaches 1,000,000–2,000,000 K.^[84] The high temperature of the corona shows that it is heated by something other than direct heat conduction from the photosphere.^[86]

It is thought that the energy necessary to heat the corona is provided by turbulent motion in the convection zone below the photosphere, and two main mechanisms have been proposed to explain coronal heating.^[84] The first is wave heating, in which sound, gravitational or magnetohydrodynamic waves are produced by turbulence in the convection zone.^[84] These waves travel upward and dissipate in the corona, depositing their energy in the ambient matter in the form of heat.^[142] The other is magnetic heating, in which magnetic energy is continuously built up by photospheric motion and released through magnetic reconnection in the form of large solar flares and myriad similar but smaller events—nanoflares.^[143]

Currently, it is unclear whether waves are an efficient heating mechanism. All waves except Alfvén waves have been found to dissipate or refract before reaching the corona.^[144] In addition, Alfvén waves do not easily dissipate in the corona. The current research focus has therefore shifted toward flare heating mechanisms.^[84]

The Sun formed about 4.6 billion years ago from the collapse of part of a giant molecular cloud that consisted mostly of hydrogen and helium and that probably gave birth to many other stars.^[145] This age is estimated using computer models of stellar evolution and through nucleocosmochronology.^[14] The result is consistent with the radiometric date of the oldest Solar System material, at 4.567 billion years ago.^[146][147] Studies of ancient meteorites reveal traces of stable daughter nuclei of short-lived isotopes, such as iron-60, that form only in exploding, short-lived stars. This indicates that one or more supernovae must have occurred near the location where the Sun formed. A shock wave from a nearby supernova would have triggered the formation of the Sun by compressing the matter within the molecular cloud and causing certain regions to collapse under their own gravity.^[148] As one fragment of the cloud collapsed it also began to rotate due to conservation of angular momentum and heat up with the increasing pressure.^[149] Gas and dust with too much angular momentum to fall into the new star circulate, forming a protoplanetary disk that would become the planets and other Solar System bodies.^[150] Gravity and pressure within the core of the cloud generated a lot of heat as it accumulated more matter from the surrounding disk, eventually triggering nuclear fusion.^[151]

太陽は主系列星段階のほぼ半分を過ぎており、この段階では中心部で核融合反応が起こり、水素がヘリウムに融合します。毎秒、40億キログラム以上の物質が太陽の中心部でエネルギーに変換され、ニュートリノと太陽放射が生成されます。この速度で、太陽はこれまでに地球の質量の約100倍、つまり太陽の総質量の約0.03%をエネルギーに変換してきました。太陽は赤色巨星段階に 入る前に、主系列星として合計で約100億年から110億年を過ごします。 ^{[ 152 ]} 80億年後には、ESAのガイア宇宙観測ミッションによると、2022年に太陽は最も高温になります。^{[ 153 ]}

太陽は主系列星として活動する中で、中心部の温度、表面温度、半径、光度が徐々に上昇しています。主系列星としての活動開始以来、半径は15%拡大し、表面温度は5,620 K (9,660 °F)から5,772 K (9,930 °F)に上昇し、光度は0.677太陽光度から現在の1.0太陽光度へと48%増加しました。これは、中心部のヘリウム原子の平均分子量が、融合した水素原子よりも大きいため、熱圧が低くなるためです。そのため中心部は収縮し、太陽の外層が中心に近づき、重力ポテンシャルエネルギーが放出されます。ビリアル定理によれば、放出された重力エネルギーの半分は加熱に使われ、その結果、核融合が起こる速度が徐々に増加し、光度が増加する。このプロセスは、核が徐々に密度が高くなるにつれて加速する。^{[ 154 ]}現在、明るさは1億年ごとに約1%ずつ増加している。このような増加によって地球から液体の水が枯渇するには、少なくとも今から10億年かかるだろう。^{[ 155 ]}その後、地球は複雑な多細胞生物を支えることができなくなり、地球上に残っている最後の多細胞生物は、最終的な完全な大量絶滅に見舞われるだろう。^{[ 156 ]}      

太陽には超新星爆発を起こすほどの質量はありません。代わりに、約 50 億年後に中心部の水素がなくなると 、中心部の水素核融合が停止し、中心部の収縮を防ぐものがなくなります。重力ポテンシャルエネルギーの解放により、太陽はより明るくなり、主系列段階が終了し、次の 20 億年にわたって太陽が膨張します。まず10 億年の間準巨星になり、次に赤色巨星になります。^{[ 154 ] [ 157 ] [ 158 ]}重力収縮による加熱により、太陽の膨張がさらに進み、核のすぐ外側の殻で水素核融合が起こり、核融合していない水素が残ります。これにより、光度が増加し、最終的には現在の値の 1,000 倍以上になります。^{[ 154 ]}太陽が赤色巨星分枝(RGB) 段階に入ると、水星と金星を飲み込み (そして破壊します) 。太陽の質量減少により、地球の軌道は当初最大で1.5 au (2億2000万km、1億4000万mi)まで拡大する可能性がある。しかし、その後、地球の軌道は潮汐力(そして最終的には太陽の下部彩層からの抵抗) により縮小し始め、 75億9000万年後の赤色巨星分枝の先端段階で太陽に飲み込まれる可能性がある。これは、水星と金星がそれぞれ同じ運命をたどってから380万年後と 100万年後である。 ^{[ 158 ]}ただし、太陽の総質量減少量が不確実であるため、この結果は不確実である。地球は飲み込まれても生き残る可能性がある。^{[ 159 ]}       

太陽が赤色巨星分枝の先端に達する頃には、現在のおよそ256倍の大きさになり、半径は1.19天文単位（1億7800万km、1億1100万マイル）になるだろう。^{[ 158 ] [ 160 ]}太陽はRGBで約10億年を過ごし、質量の約3分の1を失うだろう。^{[ 158 ]}     

赤色巨星分枝の後、太陽には約 1億2000 万年の活動寿命が残っていますが、その比較的短い期間に多くのことが起こります。まず、核 (縮退ヘリウムで満たされている) がヘリウムフラッシュで激しく燃え上がります。この時点で太陽の質量の 40% を占める核の 6% が、トリプルアルファ過程によって数分以内に炭素に変換されると推定されています。^{[ 161 ]}その後、太陽は現在の大きさの約 10 倍、光度の 50 倍に縮小し、温度は現在より少し低くなります。最終的には赤色塊または水平分枝 に到達しますが、太陽のような金属量の星は水平分枝に沿って青色方向に進化しません。代わりに、核でヘリウムの核融合が始まると、約 1億年かけて適度に大きくなり、光度も増します。 ^{[ 158 ]}

ヘリウムが枯渇すると、太陽は中心部の水素が枯渇したときと同じ膨張を繰り返す。ただし今回は、すべてがより速く起こり、太陽はより大きく、より明るくなる。これが漸近巨星分枝段階であり、太陽は殻の水素とより深い殻のヘリウムを交互に反応させている。漸近 巨星分枝初期に約2000万年経過すると、太陽はますます不安定になり、急速な質量損失と熱パルスが発生し、約10万年ごとに数百年間、太陽の大きさと光度が増加する。熱パルスは毎回大きくなり、後のパルスでは光度が現在のレベルの最大5000倍にまで上昇する。それでも、太陽の最大AGB半径は_、 先端RGBの最大値、つまり179 R☉、約0.832 au（1億2450万km、7730万マイル）よりも小さくなる。^{[ 158 ] [ 162 ]}     

モデルは質量損失の速度とタイミングによって異なる。赤色巨星分枝で質量損失が大きいモデルでは、漸近巨星分枝の先端でより小さく、光度の低い星が生成され、おそらく光度は2,000倍程度、半径は200倍未満になる。^{[ 158 ]}太陽の場合、外層を完全に失って惑星状星雲を作り始める前に、4回の熱パルスが予測されている。^{[ 163 ]}

The post-asymptotic-giant-branch evolution is even faster. The luminosity stays approximately constant as the temperature increases, with the ejected half of the Sun's mass becoming ionised into a planetary nebula as the exposed core reaches 30,000 K (53,500 °F), as if it is in a sort of blue loop. The final naked core, a white dwarf, will have a temperature of over 100,000 K (180,000 °F) and contain an estimated 54.05% of the Sun's present-day mass.^[158] Simulations indicate that the Sun may be among the least massive stars capable of forming a planetary nebula.^[164] This nebula will disperse in about 10,000 years, but the white dwarf will survive for trillions of years as it gradually fades to a hypothetical super-dense black dwarf.^{[165][166][167]} As such, it would give off no more energy.^[168]

太陽は、太陽系全体を伴って、銀河の重心の周りを平均速度 230  km/s (828,000  km/h) で公転しており、^{[ 191 ]} 1 回の公転 (銀河年) には地球で約 2億 2億5千 万年かかり、太陽の形成以来約 20 回公転している。^{[ 192 ] [ 193 ]}太陽の運動方向、太陽の頂点は、おおよそベガ星の方向である。^{[ 194 ]}過去には、太陽はおそらくオリオン座-エリダヌス座スーパーバブルを通過してから、ローカルバブルに入ったと考えられる。^{[ 195 ]}

太陽は銀河の周りを回ると同時に、周囲の他の星の平均的な動きに対しても動きます。単純なモデルでは、銀河とともに回転する基準系において、太陽は楕円軌道を描いて、銀河の周りを回る点の周りを周回すると予測されます。^{[ 196 ]}太陽がその点の周りを周回する周期は約1億6600 万年で、その点が銀河を一周するのにかかる時間よりも短いです。楕円の長さは約1760パーセク、幅は約1170パーセクです。（これを、太陽から銀河の中心までの距離である約7～8キロパーセクと比較してください。）同時に、太陽は銀河面の「北」と「南」に、約8300万年の異なる周期で移動し、銀河面から約99パーセク離れていきます。^{[ 197 ]}太陽が周回する中心点が銀河を一周するのに約2億4000万年かかります。    

太陽の銀河系周回軌道は、銀河の渦状腕内や渦状腕間の質量分布の不均一性によって乱されます。しかし、統計的に見て、太陽が銀河内で誕生時の半径から半径方向に大きく移動した可能性は低いと考えられます。^{[ 198 ]}太陽が高密度渦状腕を通過する時期は、衝突事象の増加により、地球の大量絶滅と一致することが多いと主張されています。^{[ 199 ]}太陽系が銀河系を一周するのに約2億2500万～2億5000万年（銀河年）かかるため、^{[ 193 ]}太陽の寿命の間に20～25周したと考えられています。太陽系の銀河系中心の周回速度は約251 km/s（156 mi/s）です。^{[ 200 ]}この速度では、太陽系が1光年の距離を移動するのに約1,190年かかり、1天文単位を移動するのに7日かかります。^{[ 201 ]}   

天の川銀河は宇宙マイクロ波背景放射（CMB）に対して、うみへび座の方向に秒速 550  km で移動していますが、太陽は銀河中心に対して白鳥座（銀河経度 90°、緯度 0°）の方向に秒速 200  km 以上で移動しているため、CMB に対する合成速度は、しし座またはクレーター（銀河緯度 264°、緯度 48°） の方向に秒速 370 km程度になります。 ^{[ 202 ]}これは白鳥座から 132° 離れています。

多くの先史時代および古代の文化では、太陽は太陽神またはその他の超自然的な存在と考えられていました。^{[ 203 ] [ 204 ]}紀元前1千年紀の初め 、バビロニアの天文学者は、太陽の黄道上の動きが均一ではないことを観測しましたが、その理由はわかりませんでした。今日では、これは地球が楕円軌道で運動しているためであり、近日点では太陽に近づくほど速く動き、遠日点では遠ざかるほど遅く動くことがわかっています。^{[ 205 ]}

太陽について科学的または哲学的説明を最初に提示した人物の一人は、ギリシャの哲学者アナクサゴラスでした。彼は、太陽はペロポネソス半島よりもさらに大きな巨大な燃える金属の球体であり、月は太陽の光を反射していると考えました。 ^{[ 206 ]}エラトステネスは紀元前3世紀に地球と太陽の間の距離を 「400から80000スタディア」と推定しましたが、その翻訳は曖昧で、4,080,000スタディア（755,000  km）または804,000,000スタディア（1億4800万～1億5300 万キロメートル、または0.99～1.02天文単位）のいずれかを意味します。後者の値は数パーセント以内の誤差で正しいです。西暦1世紀 、プトレマイオスは地球の半径の1,210倍、約771万キロメートル（0.0515天文単位）と推定した。^{[ 207 ]}  

太陽が惑星の周回中心であるという理論は、紀元前3世紀の古代ギリシャのサモスのアリスタルコスによって最初に提唱され^{[ 208 ]}、後にセレウキアのセレウコスによって採用された^{[ 209 ]}。この見解は、16世紀にニコラウス・コペルニクスによって、より詳細な太陽中心説の数学的モデルとして発展した^{[ 210 ]}。 

漢王朝（紀元前202年～紀元後220年）の時代に中国の天文学者によって太陽黒点の観測が記録され、その観測記録は何世紀にもわたって保存された。アヴェロエスも12世紀に太陽黒点について記述している。^{[ 211 ]} 17世紀初頭の望遠鏡の発明により、トーマス・ハリオット、ガリレオ・ガリレイ、その他の天文学者による太陽黒点の詳細な観測が可能になった。ガリレオは、太陽黒点は地球と太陽の間を通過する小さな物体ではなく、太陽の表面にあると提唱した。^{[ 212 ]}   

中世イスラム天文学の貢献には、アル・バッタニによる太陽の遠地点（恒星に対する太陽の軌道上で、太陽が最もゆっくり動いているように見える場所）の方向が変化していることの発見が含まれる。 ^{[ 213 ]}現代の地動説では、これは地球の軌道の遠日点の緩やかな動きによって引き起こされる。イブン・ユヌスは、大型のアストロラーベを使用して、長年にわたり太陽の位置に関する1万以上の記録を観測した。^{[ 214 ]}

太陽までの最初の比較的正確な距離は、1684 年にジョヴァンニ・ドメニコ・カッシーニによって測定されました。太陽視差の直接測定が困難であることを知っていた彼は、火星視差を測定することにしました。カッシーニは、同時測定のためにフランス領ギアナの一部であるカイエンヌにジャン・リシェを派遣し、パリで、1672 年に火星が地球に最も接近したときに火星の視差を測定しました。2 つの観測間の円周距離を使用して、カッシーニは地球と火星の間の距離を計算し、次にケプラーの法則を使用して地球と太陽の間の距離を決定しました。彼の値は、現代の値より約 10% 小さく、それまでのすべての推定値よりもはるかに大きいものでした。^{[ 215 ]}

1032年の金星の太陽面通過の観測から、イブン・シーナは金星が太陽よりも地球に近いと結論付けた。^{[ 216 ]} 1677年、エドモンド・ハレーは水星の太陽面通過を観測し、惑星の太陽視差（より理想的には金星の太陽面通過）の観測を用いて、地球、金星、太陽間の距離を三角法で決定できることに気づいた。 ^{[ 217 ]} 1769年の金星の太陽面通過の観測により、天文学者は地球と太陽の平均距離を93,726,900マイル（150,838,800 km）と計算することができ、これは現代の値よりわずか0.8%大きいだけである。^{[ 218 ]} 

1666年、アイザック・ニュートンはプリズムを用いて太陽光を観測し、太陽光が様々な色の光から構成されていることを示した。^{[ 219 ]} 1800年、ウィリアム・ハーシェルは太陽スペクトルの赤色部分を超えた赤外線放射を発見した。 ^{[ 220 ]} 19世紀には太陽の分光学的研究が進展し、ジョセフ・フォン・フラウンホーファーはスペクトル中に600以上の吸収線を記録した。その中で最も強いものは今でもフラウンホーファー線 と呼ばれることが多い。20世紀には、特にカルシウムH（396.9 nm）、カルシウムK（393.37  nm）、水素アルファ（656.46  nm）フィルターを使用するなど、異なる狭帯域波長での太陽観測のためのいくつかの特殊なシステムが開発された。^{[ 221 ]}

光球の光スペクトルの初期の研究中に、当時地球上で知られていたどの化学元素にも対応しない吸収線がいくつか発見されました。1868年、ノーマン・ロッキヤーは、これらの吸収線はギリシャ神話の太陽神ヘリオスにちなんでヘリウムと名付けた新しい元素によって引き起こされていると仮説を立てました。25年後、ヘリウムは地球上で単離されました。^{[ 222 ]}

近代科学の初期において、太陽のエネルギー源は大きな謎であった。ケルビン卿は、太陽は徐々に冷えていく液体の物体であり、内部に蓄えられた熱を放射していると提唱した。^{[ 223 ]}ケルビンとヘルマン・フォン・ヘルムホルツは、エネルギー出力を説明するために重力収縮メカニズムを提案したが、その結果得られた年齢推定値はわずか2000万年であり、当時のいくつかの地質学的発見によって示唆された 少なくとも3億年の期間には遠く及ばなかった。 ^{[ 223 ] [ 224 ]} 1890年、ロッキヤーは太陽の形成と進化について隕石仮説を提唱した。^{[ 225 ]} 

1904年になってようやく、文書化された解決策が提示された。アーネスト・ラザフォードは、太陽の出力は内部の熱源によって維持されていると示唆し、その源として放射性崩壊を提案した。^{[ 226 ]}アルベルト・アインシュタインは、質量とエネルギーの等価関係E = mc²によって、太陽のエネルギー出力の源に関する重要な手がかりを提供した。^{[ 227 ] 1920}年、アーサー・エディントン卿は、太陽の中心部の圧力と温度によって、水素（陽子）がヘリウム原子核に融合する核融合反応が起こり、質量の正味の変化からエネルギーが生成される可能性があると提案した。^{[ 228 ]}太陽における水素の優勢は、1925年にセシリア・ペインがメグナド・サハによって開発された電離理論を用いて確認した。核融合の理論的概念は、1930年代に天体物理学者のスブラマニヤン・チャンドラセカールとハンス・ベーテによって開発されました。ベーテは、太陽のエネルギー源となっている2つの主要な核反応の詳細を計算しました。^{[ 229 ] [ 230 ]} 1957年、マーガレット・バービッジ、ジェフリー・バービッジ、ウィリアム・ファウラー、フレッド・ホイルは、宇宙のほとんどの元素が、太陽のような恒星内部の核反応によって合成されたことを示しました。 ^{[ 231 ]}

惑星間空間から太陽を長期観測するために設計された最初の衛星は、 1959年から1968年の間にNASAによって打ち上げられたパイオニア6号、7号、8号、9号でした。これらの探査機は地球とほぼ同じ距離で太陽を周回し、太陽風と太陽磁場の最初の詳細な測定を行いました。パイオニア9号は特に長期間運用され、1983年5月までデータを送信しました。^{[ 232 ] [ 233 ]}

1970年代には、2機のヘリオス宇宙船とスカイラブ・アポロ望遠鏡マウントが、太陽風と太陽コロナに関する重要な新データを科学者に提供した。ヘリオス1号と2号探査機は、水星の近日点軌道の内側を周回する軌道から太陽風を研究した米独共同プロジェクトであった。^{[ 234 ]} 1973年にNASAによって打ち上げられたスカイラブ宇宙ステーションには、ステーションに滞在する宇宙飛行士によって操作されるアポロ望遠鏡マウントと呼ばれる太陽観測モジュールが含まれていた。^{[ 85 ]}スカイラブは、太陽遷移領域と太陽コロナからの紫外線放射の初の時間分解観測を行った。^{[ 85 ]}発見には、当時「コロナ過渡現象」と呼ばれていたコロナ質量放出と、現在では太陽風と密接に関連していることが知られているコロナホールの初の観測が含まれる。 ^{[ 234 ]}

1980年、NASAは太陽活動極大期ミッション探査機を打ち上げた。この宇宙船は、太陽活動と太陽光度が高い時期に、太陽フレアからのガンマ線、 X線、紫外線放射を観測するように設計されていた。しかし、打ち上げからわずか数か月後、電子機器の故障により探査機は待機モードに入り、3年間この非活動状態が続いた。1984年、スペースシャトル・チャレンジャー号ミッションSTS-41-Cが衛星を回収し、電子機器を修理してから軌道に再投入した。その後、太陽活動極大期ミッションは、1989年6月に地球の大気圏に再突入するまでに、太陽コロナの画像を数千枚取得した。^{[ 235 ]}

1991年に打ち上げられた日本のようこう衛星は、X線波長で太陽フレアを観測した。ミッションデータにより、科学者たちはいくつかの異なるタイプのフレアを特定し、活動がピークに達した領域から離れたコロナが、これまで考えられていたよりもはるかにダイナミックで活発であることを実証した。ようこうは太陽活動周期全体を観測したが、2001年の金環日食によって太陽のロックオンを失ったため待機モードに入った。2005年に大気圏再突入により破壊された。^{[ 236 ]}

欧州宇宙機関とNASAが共同で建造した太陽・太陽圏観測衛星SOHOは、1995年12月2日に打ち上げられた。^{[ 85 ]}当初は2年間のミッションを予定していたが、^{[ 237 ]} 2024年現在も運用が続いている。^{[ 238 ]}地球と太陽の間のラグランジュ点（両者の重力が等しい点）に位置するSOHOは、打ち上げ以来、多くの波長で太陽を継続的に観測してきた。^{[ 85 ]}太陽の直接観測に加えて、SOHOは多数の彗星の発見にも貢献しており、そのほとんどは太陽に接近する際に燃え尽きる小さな彗星である。 ^{[ 239 ]}

これらの衛星はすべて黄道面から太陽を観測してきたため、赤道付近の領域しか詳細に観測できていない。ユリシーズ探査機は1990年に太陽の極域を研究するために打ち上げられた。まず木星に向かい、そこから「スイングバイ」して黄道面のはるか上空を周回する軌道に乗った。ユリシーズが予定軌道に乗ると、高緯度における太陽風と磁場強度の観測を開始し、高緯度からの太陽風が約750  km/s（予想より遅い）で移動していること、また高緯度から銀河宇宙線を散乱させる大きな磁気波が発生していることを発見した。^{[ 240 ]}

光球における元素の存在量は分光学的研究からよく知られているが、太陽内部の組成はあまりよく理解されていない。太陽風サンプルリターンミッションであるジェネシスは、天文学者が太陽物質の組成を直接測定できるように設計された。^{[ 241 ]}