太阳传一 从日面到距离
在经过适当减光的太阳图像里，明亮的日面有一圈清楚的边缘。沿这圈边缘量出的宽度，首先是一种角度：从地球看去，太阳横跨天空约半度。这样的测量说明它占据了多大的视野，却还没有说明它本身有多大。同样一枚圆片，移近时占据的角度增大，移远时角度缩小；要把天上的圆面换算成千米，还需要知道观察者与它之间的距离。
距离可以由几何关系求得。从相隔很远的两个地点观察同一目标，目标相对于远处背景的位置会略有不同，这种差别叫作视差。已知两个观测点之间的距离，再测出视线张开的角度，便能计算目标有多远。金星经过太阳前方时，地球不同地点看到的金星路径略有错开，天文学家曾利用这种差异测定太阳系的尺度。困难在于，目标的错位很小，观测时刻、地点和日面边缘的判定都影响结果。
现代太阳系测距还借助无线电波。地面发出的雷达信号抵达行星，经反射返回，记录这段往返时间，就能用光速换算传播路程；探测器与地面之间的无线电信号也提供了精确的距离信息。在最简单的近似下，往返路程的一半就是目标距离。精密计算还要处理信号传播期间天体的位置变化、介质造成的延迟等影响。把这些测量与行星的轨道运动放在一起，太阳系的比例图便有了以米计量的标尺。
地球与太阳之间的距离，由此成为一项能够反复检验的数据。为了方便表达太阳系尺度，天文学使用“天文单位”，符号为au。国际天文学联合会在2012年将一天文单位精确定义为149597870700米，也就是149597870.7千米。这个定义固定了一把尺子的长度。地球绕太阳运行的轨道略呈椭圆，日地中心距离仍在约1.471亿至1.521亿千米之间变化，并不会因为单位有了精确规定而保持不动。
已经确定的空间距离与日面角度相结合，给出的太阳半径约为69.6万千米，直径约139万千米。光走过一天文单位需要约499秒，即8分19秒，这描述的是光在太阳与地球之间的空间传播。阳光因此把太阳稍早一些的状态带到地球；日地距离的变化，也使这段传播时间略有长短。
这样的半径对应通常所说的可见表面。太阳没有岩石行星那样可供着陆的坚硬边界，观测中判定的轮廓，与使用的波段、仪器和边缘定义有关。为了统一恒星研究中的换算，国际天文学联合会在2015年采用695700千米作为标称太阳半径。这个值作为单位是精确的，实际太阳半径的测量却仍有不确定性。对尺度的认识，既包括一个数，也包括这个数究竟量到了哪里。
二 一颗恒星的质量与尺度
太阳的大小可以从轮廓与距离推算，质量却不会直接显现在照片上。承担称量工作的，是围绕它运动的天体。行星沿轨道不断改变运动方向，需要引力提供相应的加速度。同样尺度的轨道，如果绕行周期更短，就意味着维持这种运动所需的引力更强；同样的周期，如果轨道更大，也要求更强的中心引力。轨道的长度尺度与时间尺度结合起来，便能够约束太阳有多大的引力作用。
在牛顿引力理论的二体近似中，两天体相对位置所描出的椭圆轨道，其长轴的一半叫作半长轴。这个长度的三次方除以绕行周期的平方，与两天体的总质量乘上引力常数成正比。地球质量远小于太阳，作近似估算时，两者总质量可以看作太阳质量。高精度轨道计算还会纳入其他行星的扰动和相对论修正，再与大量观测逐一比较。
轨道最直接约束的量，是引力常数G与太阳质量M的乘积，通常写作GM。要把它换成千克，还须除以实验测得的引力常数。由于G本身的精度比轨道所约束的GM低，换算出的千克数也有较大的相对不确定性。按这些数据计算，太阳质量约为1.99×10³⁰千克，约等于33.3万个地球。
质量与直径的比例很不相同。太阳直径约为地球的109倍，几何体积约为地球的130万倍。质量比小于体积比，也说明太阳的平均密度低于地球。将总质量除以按半径算出的总体积，得到的平均值约为每立方米1.4吨。这个整体平均数并不要求太阳各处同样稠密。
把太阳缩小到直径一米，地球的直径就只有约九毫米，两者中心还要相隔约108米，大小与间距使用同一个比例。许多太阳系图片为了让行星都看得见，会放大天体或压缩间距；它们便于辨认成员，却不能直接用来判断空间的疏密。太阳很大，而行星之间的距离又把这种巨大嵌入了更广阔的空旷之中。
恒星研究常以太阳质量、太阳半径为单位，把它们分别写成参照值一。太阳能够被细致研究，这些单位也便于比较其他恒星。统一的标称换算基准进一步使不同研究采用同一把尺子；新的测量可以修正对真实太阳的认识，而不必同时改变这把尺子的长度。
三 阳光里的温度与颜色
阳光不仅让太阳可见，也把能量送到探测器。位于地球大气外、距离太阳一天文单位的仪器，如果受光面垂直于太阳方向，每平方米接收的总辐射功率平均约为1361瓦。这里计入的是各个波段的辐射，不只包含眼睛能看到的部分。到达地面的数值还会受到大气吸收、散射、云层和入射角度影响。因而，要由接收到的能量推算太阳本身的性质，首先须分清仪器测量的位置与条件。
以太阳为中心，在一天文单位处设想一个球面，向外传播的辐射分布在这个巨大的球面上。将每平方米接收的功率乘以球面总面积，便能估算太阳每秒向外发出多少辐射能，这就是光度。太阳的标称光度为3.828×10²⁶瓦。距离增加时，同样的总功率分布到更大的面积，每平方米收到的能量随距离的平方减小；太阳本身的光度与某处看到的明亮程度，因而是两个不同的量。
有了光度和半径，温度的一个重要定义也随之建立。物理学中的理想黑体能够吸收所有入射辐射，它在热平衡条件下发出的辐射，只由温度决定。黑体单位面积辐射的总功率与绝对温度的四次方成正比。设想一个与太阳同样大的理想黑体，调节它的温度，使它每秒发出的总能量等于太阳，这时的温度就叫太阳的有效温度。其标称值为5772开尔文，换成摄氏温度约为5500度。
“有效”二字说明了这个量的用途：它把一个复杂天体的整体辐射，归结为可供比较的温度。太阳不同高度、不同区域的物质并非都处在5772开尔文，核心温度更不能由这一数值代替。即使只看可见表面，光也来自有一定厚度、具有温度差异的区域。有效温度能准确地参与半径与光度之间的关系，却不要求真实太阳是一只处处等温、完全符合黑体条件的球。
把太阳辐射按波长展开，仍能看出黑体近似的价值：其总体分布形成一条宽广的热辐射曲线，能量跨过可见光，并向红外和紫外延伸。升高理想黑体的温度，单位面积的辐射总量增加，能量分布也向较短波长移动。不过，实际太阳光谱上存在密集的吸收线，不同波段与理想曲线的偏离也不一样。一条平滑曲线适合说明总体趋势，更精细的物理信息则藏在那些偏离之中。
太阳在大气外呈现的可见光综合色接近白色。这里的白色来自许多可见波长共同作用，并不意味着每一种波长的能量都相等。光谱曲线的最高点只代表其中很窄的一部分；其余广阔波段也共同参与颜色的形成。人眼对一段光谱作综合响应，感受到的综合色来自这份完整的可见光谱。
阳光进入地球大气后，光谱还会继续改变。较短波长的光更容易被散射离开原来的传播方向；太阳处在低空时，直达光穿过的大气路径更长，失去的短波成分更多，日面因而常呈橙红色。照片中的颜色还受到滤光片、曝光和显示处理影响，某些太阳图像甚至把不可见波段的数据映射成可见颜色。同一个太阳因此会留下不同颜色的图像，其中既有光在传播途中的变化，也有仪器记录与显示方式的差别。
四 光谱留下的成分
在美国国家太阳天文台保存的资料中，麦克马思—皮尔斯太阳望远镜于1981年取得的一批太阳积分光谱，成为1984年出版图集的观测基础。这批记录汇集整个日面的光，覆盖296至1300纳米，从紫外延伸到近红外。将光展开到很细的波长间隔，原本连成一片的阳光便显露出密集的暗线。这样的全日面光谱既能与其他恒星比较，也能用来检验对太阳大气的计算。
暗线所在的位置，与物质内部的能级有关。原子或离子中的电子只能处在某些允许的能量状态，吸收相应能量的光子后，才可能跃迁到较高的能级。由于光子的能量与波长相联系，不同跃迁便在特定波长留下特征。在光球中，较高、通常较冷的物质使某些波长的辐射受到更强影响，在连续光谱上形成较暗的吸收线。实验室测得的原子数据，则让这些线能够与氢、钠、铁等元素联系起来。
识别元素只是第一步，求出含量还要回答更多问题。同一种元素在不同温度下，中性原子与离子的比例不同，电子占据各个能级的数量也不同；即使总含量不变，一条谱线仍可能变强或变弱。原子跃迁发生的概率、物质运动和相邻谱线的混合，也会影响线的深度与形状。因此，光谱不是一份可以把最深暗线直接换算为最多元素的清单，必须先弄清什么条件能够产生这些线。
现代丰度分析据此建立太阳大气模型，计算在给定温度、密度、运动与成分下，光通过物质后应当出现怎样的光谱，再与观测比较。三维模型能够描述表面气体的不均匀性，较细致的计算还考虑辐射和碰撞对原子的影响。若不同谱线、不同电离状态都指向相近的丰度，结果的可信度便会提高；原子数据或模型改变时，推得的数值也可能修订。
光从太阳到地面还要穿过另一层气体。国家太阳天文台整理的积分光谱里，就有地球水汽和氧气留下的吸收特征。研究人员利用它们随大气路径变化的规律作校正，有些很强的地球吸收线中心仍难以可靠恢复，只能留下缺口。一个暗线究竟产生在太阳，还是产生在接收光的地球，必须先分清，才能让光谱成为太阳成分的证据。
综合这些分析，今天太阳的可见表层，也就是光球，按质量约有74%是氢，24%至25%是氦，其余约1%至2%是较重元素。这些是粗略比例，其中的氦含量还需要日震学的补充约束，即根据太阳的振动推断其物质性质。按质量计量也不同于按原子核数计量：一个常见氦核的质量约为一个氢核的四倍，较少的氦核就能占据相当的质量份额。若改按元素原子核的数目比较，氢所占的比例会更高。
较重元素虽然只占很小的份额，却会影响物质怎样吸收和传递辐射。阿斯普隆德等人在2021年的分析中给出的现今光球重元素质量分数约为1.39%；洛德斯等人在2025年综合光球与陨石资料的研究中，给出的现今太阳外层重元素质量分数约为1.60%。两者采用的资料与推断方案并不完全相同，所得差别反映的是对成分的不同估计。这些研究都表明太阳主要由氢和氦组成，较重元素的精确份额则仍在持续检验之中。
这些比例描述的是今天的外层，不能直接延伸为太阳每一处的比例：核反应一直改变着深处的成分，元素扩散和引力沉降又会缓慢改变外层的组成。若要恢复太阳形成时的初始丰度，还须用演化模型修正这些影响。从阳光读出的材料信息因而带着明确的适用范围，它既记录现在，也需要经过物理分析才能与过去联系。
五 恒星家族中的位置
太阳提供了一份足够详细的恒星样本，其他恒星则显示这一样本处在多么宽广的变化范围内。比较时首先要排除距离造成的错觉：一颗靠近的暗星，可以比一颗遥远而强大的恒星显得更亮。测出距离，并考虑途中光被削弱的程度后，天文学家才有办法把收到的辐射换算为恒星的光度。颜色和光谱提供温度信息，距离与辐射测量则提供另一条独立的比较坐标。
把有效温度放在横轴、光度放在纵轴，恒星就组成了赫罗图。按传统画法，温度从左向右降低，光度向上增大。图上的点并没有均匀铺满整个平面，许多恒星聚集在一条从左上延伸到右下的带状区域，这就是主序。太阳位于其中：它的光度在太阳单位中为一，有效温度接近5800开尔文。这个位置描述的是物理性质，图上两点靠近，并不表示两颗恒星在空间里相邻。
图中还分布着有效温度相近、光度却相差很大的恒星。其原因可以从有效温度的定义理解：同样温度的单位面积发出相近的总辐射功率，总光度更大，就要求更大的发光面积。一颗偏冷的巨星，因此仍可能比太阳明亮许多。只凭颜色或温度无法判断恒星的全部身份，还需要知道它的大小、光度，以及它处在哪种演化状态。
太阳通常被记作G2 V。前面的G2属于光谱类型，依据光谱特征在温度序列中的位置确定；G是一个大类，数字2在其中进一步细分。末尾的罗马数字V则是光度级，表示太阳属于主序星这一类，而不是具有相似温度的巨星。光度级也来自谱线特征，涉及恒星大气的压力和表面引力等差别。这套分类由此将温度与光度级的信息放进同一个名称。
主序对应恒星核心中的氢持续转变为氦、释放能量的阶段。在这个阶段，质量与其他整体性质有紧密的联系。通过双星轨道等方法，可以独立测得许多恒星的质量，再把这些质量与温度、光度和半径对应起来。观测显示，质量较大的主序星通常更热、更亮，质量较小的主序星通常较冷、较暗。不过，这种联系会随质量范围、成分和演化程度而改变，不能用一条不分条件的比例律概括所有恒星。
质量也改变着恒星的时间尺度。较大质量的主序星储备的燃料更多，向外释放能量的速率却增加得更快，主要稳定发光阶段因而往往更短。低质量红矮星的光度很小，消耗可用燃料的过程则更加缓慢。太阳位于两者之间，既没有大质量蓝星那样强烈的辐射，也不是最节省燃料的低质量恒星。它漫长的稳定阶段，与这一组相互联系的物理性质有关。
从数量看，太阳也不等同于最常见的恒星。对附近一定空间范围内的对象进行清点时，低质量红矮星占据多数；太阳比这批最常见的近邻更热、更亮。夜空给人的印象很容易相反，因为明亮恒星可以从更远处进入视野，暗弱恒星即使相当近，也可能难以察觉。限定一片空间、尽量找全其中的恒星，与挑出天空中最亮的恒星，会得到很不相同的名单。
太阳与其他恒星遵循共同的物理规律，也有许多性质相近的同类。它之所以成为恒星研究的重要参照，来自近距离带来的优势：日面能够分辨出丰富细节，轨道和辐射能够反复测量。这份详尽的资料，可以帮助解释那些远得只留下微弱星光的对象。
六 银河系中的太阳
离开行星尺度后，天文单位很快变得不够方便。与太阳最近的恒星比邻星，距离约4.24光年；一光年是光在真空中用一年走过的距离，约等于6.3万个天文单位。太阳到地球的八分多钟光程，与到近邻恒星的四年多光程相比，已经缩成极短的一段。
对附近恒星的测距，仍然可以利用视差，只是基线扩大到了地球轨道。当地球运行到轨道的不同位置，附近恒星相对于更遥远背景的位置会发生微小变化。角度越小，对测量精度的要求越高。恒星的距离、运动和光谱逐渐汇合起来，太阳周围才从一张投在天球上的亮点图，成为可以描画深浅和运动方向的空间分布。
在更大的图景中，太阳处于银河系的盘内，位于常称为本地臂或猎户支臂的区域。它距银河中心约2.7万光年。关于银河系的俯视图，来自恒星、气体与尘埃分布等多种观测的综合重建；人类并没有飞到银河系外拍下一张全景照片。图上的太阳位置可以帮助定位，旋臂的形状与细节则仍带着测量和模型的限制。
银河中心的距离也有具体的几何证据。2018年，绕银河中心黑洞运行的S2星经过近心点，相关观测成为2019年一项高精度测距研究的重要依据。天文学家一方面测量它在天空中的角位置变化，另一方面从光谱测量视线方向的运动速度；将两者放入同一轨道模型，就能把角度尺度与实际长度联系起来，推求银河中心有多远。后来的多恒星轨道研究继续检验这一距离尺度。
太阳也在银河中运动，携带行星和其他太阳系成员绕银河中心运行，完成一周大约需要两亿多年的时间。这个周期只是概略尺度，真实运动受到银河系质量分布的约束。今天所在的旋臂区域，因而不能直接当作太阳四十六亿年前的出生地址。现在的位置可以测量，漫长历史中的路径则需要更多证据与动力学推算。
七 从可测的整体到不可见的内部
距离、半径、质量、光度和表层成分，已经从不同方向限定了太阳的整体性质。它们也为研究内部提供了出发点：一个关于太阳结构的计算，需要在同一套物理解释中得到与这些测量相符的结果。
总质量与半径确定了平均密度，却没有确定物质在里面怎样分布。同样一份总质量，可以较均匀地分散在一个球体中，也可以更多地集中在深处；只要球体大小相同，它们的平均密度便相同。太阳究竟具有怎样的内部排列，还需要把引力与物质在不同条件下的行为联系起来，并寻找能够区分这些排列的观测证据。
光度与成分又使这个问题更加具体。光度给出了每秒向外释放的能量，物质的成分则影响它吸收和传递辐射的方式。内部怎样排列与能量怎样通过它，并非互不相干的两件事；它们共同决定了光从太阳表面离开时所呈现的状态。
明亮的光球遮住了更深处，可见轮廓却已经给出了向内追问的起点。从这里深入，问题将由一颗恒星总共有多大、多重，转向它的不同部位如何在引力下相互联系，共同维持今天所见的太阳。