Солнце как работает: Солнце — Википедия – Как работает звезда по имени солнце?

Содержание

Солнце — Википедия

Солнце Sun symbol.svg
Солнце в видимом свете.
Среднее расстояние
от Земли

1,496⋅108км[1](8,31 световых минут)

1 а. е.
Средний горизонтальный параллакс 8,794″
Видимая звёздная величина (V) −26,74m[1]
Абсолютная звёздная величина 4,83m[1]
Спектральный класс G2V
Расстояние
от центра Галактики
~2,5⋅1020м
(26 000 св. лет)
Расстояние
от плоскости Галактики
~4,6⋅1017м
(48 св. лет)
Галактический период обращения 2,25-2,50⋅108лет
Скорость ~2,2⋅105 м/с[2]
(на орбите вокруг центра Галактики)
19,4 км/с[1]
(относительно соседних звёзд)
Средний диаметр 1,392⋅109м
(109 диаметров Земли)[1]
Экваториальный радиус 6,9551⋅108 м[3]
Длина окружности экватора 4,37001⋅109 м[3]
Полярное сжатие 9⋅10−6
Площадь поверхности 6,07877⋅1018м²
(11 918 площадей Земли)[3]
Объём 1,40927⋅1027м³
(1 301 019 объёмов Земли)[3]
Масса 1,9885⋅1030кг
(332 940 масс Земли)
[1]
Средняя плотность 1,409 г/см³[3]
Ускорение свободного падения на экваторе 274,0 м/с²[1][3] (27,96 g[3])
Вторая космическая скорость
(для поверхности)
617,7 км/с
(55,2 земных)[3]
Эффективная температура поверхности 5778 К[1]
Температура
короны
~1 500 000 К
Температура
ядра
~15 700 000 К
Светимость 3,828⋅1026Вт[1]
(~3,75⋅1028Лм)
Энергетическая яркость 2,009⋅107 Вт/(м²·ср)
Наклон оси 7,25°[1][3]
(относительно плоскости эклиптики)
67,23°
(относительно плоскости Галактики)
Прямое восхождение
северного полюса
286,13°[4]
(19 ч 4 мин 30 с)
Склонение
северного полюса
+63,87°[4]
Сидерический период вращения внешних видимых слоёв
(на широте 16°)
25,38 дней[1]
(25 дней 9 ч 7 мин 13 с)[4]
(на экваторе) 25,05 дней[1]
(у полюсов) 34,3 дней[1]
Скорость вращения внешних видимых слоёв
(на экваторе)
7284 км/ч
Водород 73,46 %
Гелий 24,85 %
Кислород 0,77 %
Углерод 0,29 %
Железо 0,16 %
Неон 0,12 %
Азот 0,09 %
Кремний 0,07 %
Магний 0,05 %
Сера 0,04 %

Со́лнце (астр. ☉) — одна из звёзд нашей Галактики (Млечный Путь) и единственная звезда Солнечной системы. Вокруг Солнца обращаются другие объекты этой системы: планеты и их спутники, карликовые планеты и их спутники, астероиды, метеороиды, кометы и космическая пыль.

По спектральной классификации Солнце относится к типу G2V (жёлтый карлик). Средняя плотность Солнца составляет 1,4 г/см³ (в 1,4 раза больше, чем у воды). Эффективная температура поверхности Солнца — 5780 кельвин[7]

. Поэтому Солнце светит почти белым светом, но прямой свет Солнца у поверхности нашей планеты приобретает некоторый жёлтый оттенок из-за более сильного рассеяния и поглощения коротковолновой части спектра атмосферой Земли (при ясном небе, вместе с голубым рассеянным светом от неба, солнечный свет вновь даёт белое освещение).

Солнечное излучение поддерживает жизнь на Земле (свет необходим для начальных стадий фотосинтеза), определяет климат.

Солнце состоит из водорода (≈73 % от массы и ≈92 % от объёма), гелия (≈25 % от массы и ≈7 % от объёма[8]) и других элементов с меньшей концентрацией: железа, никеля, кислорода, азота, кремния, серы, магния, углерода, неона, кальция и хрома[9]. На 1 млн атомов водорода приходится 98 000 атомов гелия, 851 атом кислорода, 398 атомов углерода, 123 атома неона, 100 атомов азота, 47 атомов железа, 38 атомов магния, 35 атомов кремния, 16 атомов серы, 4 атома аргона, 3 атома алюминия, по 2 атома никеля, натрия и кальция, а также малое количество прочих элементов. Масса Солнца составляет 99,866 % от суммарной массы всей Солнечной системы

[7].

Солнечный спектр содержит линии ионизированных и нейтральных металлов, а также водорода и гелия. В нашей Галактике (Млечный Путь) насчитывается от 100 до 400 миллиардов звёзд[10]. При этом 85 % звёзд нашей галактики — это звёзды, менее яркие, чем Солнце (в большинстве своём красные карлики). Как и все звёзды главной последовательности, Солнце вырабатывает энергию путём термоядерного синтеза. В случае Солнца подавляющая часть энергии вырабатывается при синтезе гелия из водорода.

Солнце — ближайшая к Земле звезда. Средняя удалённость Солнца от Земли — 149,6 млн км[1] — приблизительно равна астрономической единице, а видимый угловой диаметр при наблюдении с Земли, как и у Луны, — чуть больше полградуса (31—32 минуты). Солнце находится на расстоянии около 26 000 световых лет от центра Млечного Пути и вращается вокруг него, делая один оборот за 225—250 миллионов лет

[11]. Орбитальная скорость Солнца равна 217 км/с — таким образом, оно проходит один световой год примерно за 1400 лет, а одну астрономическую единицу — за 8 суток[12].

В настоящее время Солнце находится во внутреннем крае рукава Ориона нашей Галактики, между рукавом Персея и рукавом Стрельца, в так называемом Местном межзвёздном облаке — области повышенной плотности, расположенной, в свою очередь, в имеющем меньшую плотность Местном пузыре — зоне рассеянного высокотемпературного межзвёздного газа. Из звёзд, принадлежащих 50 самым близким звёздным системам в пределах 17 световых лет, известным в настоящее время, Солнце является четвёртой по яркости звездой (его абсолютная звёздная величина +4,83m).

Общие сведения

Солнце принадлежит к первому типу звёздного населения. Одна из распространённых теорий возникновения Солнечной системы предполагает, что её формирование было вызвано взрывами одной или нескольких сверхновых звёзд[13]. Это предположение основано, в частности, на том, что в веществе Солнечной системы содержится аномально большая доля золота и урана, которые могли бы быть результатом эндотермических реакций, вызванных этим взрывом, или ядерного превращения элементов путём поглощения нейтронов веществом массивной звезды второго поколения.

Солнце в видимом свете. Земля и Солнце (фотомонтаж с сохранением соотношения размеров)

Излучение Солнца — основной источник энергии на Земле. Его мощность характеризуется солнечной постоянной — мощностью излучения, проходящего через площадку единичной площади, перпендикулярную солнечным лучам и расположенную на расстоянии одной астрономической единицы от Солнца (то есть на орбите Земли) вне земной атмосферы. Эта постоянная равна приблизительно 1,37 кВт/м².

Проходя сквозь атмосферу Земли, солнечное излучение теряет в энергии примерно 370 Вт/м², и до земной поверхности доходит только 1000 Вт/м² (при ясной погоде и когда Солнце находится в зените). Эта энергия может использоваться в различных естественных и искусственных процессах. Так, растения, используя её посредством фотосинтеза, синтезируют органические соединения с выделением кислорода. Прямое нагревание солнечными лучами или преобразование энергии с помощью фотоэлементов может быть использовано для производства электроэнергии (солнечными электростанциями) или выполнения другой полезной работы. Путём фотосинтеза была в далёком прошлом получена и энергия, запасённая в нефти и других видах ископаемого топлива.

Солнце в видимом свете. Сравнительные размеры Солнца при наблюдении из окрестностей хорошо известных тел Солнечной системы

Ультрафиолетовое излучение Солнца имеет антисептические свойства, позволяющие использовать его для дезинфекции воды и различных предметов. Оно также вызывает загар и имеет другие биологические эффекты, например стимулирует производство в организме витамина D. Воздействие ультрафиолетовой части солнечного спектра сильно ослабляется озоновым слоем в земной атмосфере, поэтому интенсивность ультрафиолетового излучения на поверхности Земли сильно меняется с широтой. Угол, под которым Солнце стоит над горизонтом в полдень, влияет на многие типы биологической адаптации — например, от него зависит цвет кожи человека в различных регионах земного шара

[14].

Наблюдаемый с Земли путь Солнца по небесной сфере изменяется в течение года. Путь, описываемый в течение года той точкой, которую занимает Солнце на небе в определённое заданное время, называется аналеммой и имеет форму цифры 8, вытянутой вдоль оси север — юг. Самая заметная вариация в видимом положении Солнца на небе — его колебание вдоль направления север — юг с амплитудой 47° (вызванное наклоном плоскости эклиптики к плоскости небесного экватора, равным 23,5°). Существует также другая компонента этой вариации, направленная вдоль оси восток — запад и вызванная увеличением скорости орбитального движения Земли при её приближении к перигелию и уменьшением — при приближении к афелию. Первое из этих движений (север — юг) является причиной смены времён года.

Земля проходит через точку афелия в начале июля и удаляется от Солнца на расстояние 152 млн км, а через точку перигелия — в начале января и приближается к Солнцу на расстояние 147 млн км

[15]. Видимый диаметр Солнца между этими двумя датами меняется на 3 %[16]. Поскольку разница в расстоянии составляет примерно 5 млн км, то в афелии Земля получает примерно на 7 % меньше тепла. Таким образом, зимы в северном полушарии немного теплее, чем в южном, а лето немного прохладнее.

Солнце — магнитоактивная звезда. Она обладает сильным магнитным полем, напряжённость которого меняется со временем и которое меняет направление приблизительно каждые 11 лет, во время солнечного максимума. Вариации магнитного поля Солнца вызывают разнообразные эффекты, совокупность которых называется солнечной активностью и включает в себя такие явления, как солнечные пятна, солнечные вспышки, вариации солнечного ветра и т. д., а на Земле вызывает полярные сияния в высоких и средних широтах и геомагнитные бури, которые негативно сказываются на работе средств связи, средств передачи электроэнергии, а также негативно воздействует на живые организмы (вызывают головную боль и плохое самочувствие у людей, чувствительных к магнитным бурям)

[17][18]. Предполагается, что солнечная активность играла большую роль в формировании и развитии Солнечной системы. Она также оказывает влияние на структуру земной атмосферы.

Жизненный цикл

Солнце является молодой звездой третьего поколения (популяции I) с высоким содержанием металлов, то есть, оно образовалось из останков звёзд первого и второго поколений (соответственно популяций III и II).

Текущий возраст Солнца (точнее время его существования на главной последовательности), оценённый с помощью компьютерных моделей звёздной эволюции, равен приблизительно 4,5 миллиарда лет[19].

Solar-evolution.png

Считается[19], что Солнце сформировалось примерно 4,5 миллиарда лет назад, когда быстрое сжатие под действием сил гравитации облака молекулярного водорода (также, возможно, облака из смеси молекулярного водорода и атомов других химических элементов) привело к образованию в нашей области Галактики звезды первого типа звёздного населения типа T Тельца.

Звезда такой массы, как Солнце, должна существовать на главной последовательности в общей сложности примерно 10 млрд лет. Таким образом, сейчас Солнце находится примерно в середине своего жизненного цикла[20]. На современном этапе в солнечном ядре идут термоядерные реакции превращения водорода в гелий. Каждую секунду в ядре Солнца около 4 миллионов тонн вещества превращается в лучистую энергию, в результате чего генерируется солнечное излучение и поток солнечных нейтрино.

По мере того, как Солнце постепенно расходует запасы своего водородного горючего, оно становится всё горячее, а его светимость медленно, но неуклонно увеличивается. К возрасту 5,6 млрд лет, через 1,1 млрд лет от настоящего времени, наше дневное светило будет ярче на 11 %, чем сейчас[21].

Уже в этот период, ещё до стадии красного гиганта, возможно исчезновение или кардинальное изменение жизни на Земле из-за повышения температуры поверхности планеты, вызванного увеличением яркости Солнца и парникового эффекта, индуцированного парами воды[22][23][24][25]. К этому моменту Солнце достигнет максимальной поверхностной температуры (5800 К) за всё своё время эволюции в прошлом и будущем вплоть до фазы белого карлика; на следующих стадиях температура фотосферы будет меньше. Несмотря на прекращение жизни в её современном понимании, жизнь на планете может остаться в глубинах морей и океанов[26].

К возрасту 8 млрд лет (через 3,5 млрд лет от настоящего времени) яркость Солнца возрастёт на 40 %[21]. К тому времени условия на Земле, возможно, будут подобны нынешним условиям на Венере: вода с поверхности планеты исчезнет полностью и улетучится в космос. Скорее всего, это приведёт к окончательному уничтожению всех наземных форм жизни[26]. По мере того как водородное топливо в солнечном ядре будет выгорать, его внешняя оболочка будет расширяться, а ядро — сжиматься и нагреваться.

Когда Солнце достигнет возраста 10,9 млрд лет (6,4 млрд лет от настоящего времени), водород в ядре кончится, а образовавшийся из него гелий, ещё неспособный в этих условиях к термоядерному горению, станет сжиматься и уплотняться ввиду прекращения ранее поддерживавшего его «на весу» потока энергии из центра. Горение водорода будет продолжаться в тонком внешнем слое ядра. На этой стадии радиус Солнца достигнет 1,59 R, а светимость будет в 2,21 раза больше современной. В течение следующих 0,7 млрд лет Солнце будет относительно быстро расширяться (до 2,3 R), сохраняя почти постоянную светимость, а его температура упадёт с 5500 K до 4900 K[26]. В конце этой фазы, достигнув возраста 11,6 млрд лет (через 7 млрд лет от настоящего времени) Солнце станет субгигантом[26].

Приблизительно через 7,6—7,8[27][26] миллиарда лет, к возрасту 12,2 млрд лет, ядро Солнца разогреется настолько, что запустит процесс горения водорода в окружающей его оболочке[27]. Это повлечёт за собой бурное расширение внешних оболочек светила, таким образом Солнце покинет главную последовательность, на которой оно находилось почти с момента своего рождения, и станет красным гигантом, перейдя на вершину ветви красных гигантов диаграммы Герцшпрунга — Рассела[27]. В этой фазе радиус Солнца увеличится в 256 раз по сравнению с современным[27]. Расширение звезды приведёт к сильному увеличению её светимости (в 2700 раз) и охлаждению поверхности до 2650 К[27]. По-видимому, расширяющиеся внешние слои Солнца в это время достигнут современной орбиты Земли. При этом исследования показывают, что ещё до этого момента из-за усиления солнечного ветра вследствие многократного увеличения площади поверхности Солнце потеряет более 28 %[26] своей массы, и это приведёт к тому, что Земля перейдёт на более далёкую от Солнца орбиту, избежав, таким образом, поглощения внешними слоями солнечной плазмы[28][24]. Хотя исследования 2008 года показывают, что Земля, скорее всего, будет поглощена Солнцем вследствие замедления вращения Солнца и последующих приливных взаимодействий с его внешней оболочкой[27], которые приведут к приближению орбиты Земли обратно к Солнцу. Даже если Земля избежит поглощения Солнцем, вся вода на ней перейдёт в газообразное состояние, а её атмосфера будет сорвана сильнейшим солнечным ветром[29].

Данная фаза существования Солнца продлится около 10 миллионов лет. Когда температура в ядре достигнет 100 млн К, произойдёт гелиевая вспышка, и начнётся термоядерная реакция синтеза углерода и кислорода из гелия[26]. Солнце, получившее новый источник энергии, уменьшится в размере до 9,5 R[26]. Спустя 100—110 млн лет, когда запасы гелия иссякнут, повторится бурное расширение внешних оболочек звезды, и она снова станет красным гигантом[26]. Этот период существования Солнца будет сопровождаться мощными вспышками, временами его светимость будет превышать современный уровень в 5200 раз[26][30]. Это будет происходить от того, что в термоядерную реакцию будут вступать ранее не затронутые остатки гелия[30]. В таком состоянии Солнце просуществует около 20 млн лет[26].

Масса Солнца недостаточна для того, чтобы его эволюция завершилась взрывом сверхновой. После того как Солнце пройдёт фазу красного гиганта, термические пульсации приведут к тому, что его внешняя оболочка будет сорвана, и из неё образуется планетарная туманность. В центре этой туманности останется сформированный из ядра Солнца белый карлик, очень горячий и плотный объект, по размерам сопоставимый с планетой Земля[26]. Изначально этот белый карлик будет иметь температуру поверхности 120 000 К[26] и светимость 3500[26] солнечных, но в течение многих миллионов и миллиардов лет будет остывать и угасать. Данный жизненный цикл считается типичным для звёзд малой и средней массы.

Структура

Внутреннее строение Солнца

Solar-evolution.png Строение Солнца. В центре Солнца находится солнечное ядро. Фотосфера — это видимая поверхность Солнца, которая и является основным источником излучения. Солнце окружает солнечная корона, которая имеет очень высокую температуру, однако она крайне разрежена, поэтому видима невооружённым глазом только во время полного солнечного затмения.
Солнечное ядро

Центральная часть Солнца с радиусом примерно 150—175 тыс. км (то есть 20—25 % от радиуса Солнца), в которой идут термоядерные реакции, называется солнечным ядром[31]. Плотность вещества в ядре составляет примерно 150 000 кг/м³[32] (в 150 раз выше плотности воды и в ~6,6 раз выше плотности самого плотного металла на Земле — осмия), а температура в центре ядра — более 14 млн К. Анализ данных, проведённый миссией SOHO, показал, что в ядре скорость вращения Солнца вокруг своей оси значительно выше, чем на поверхности[31][33]. В ядре осуществляется протон-протонная термоядерная реакция, в результате которой из четырёх протонов образуется гелий-4[34]. При этом каждую секунду в излучение превращаются 4,26 млн тонн вещества, однако эта величина ничтожна по сравнению с массой Солнца — 2⋅1027 тонн. Мощность, выделяемая различными зонами ядра, зависит от их расстояния до центра Солнца. В самом центре она достигает, согласно теоретическим оценкам, 276,5 Вт/м³[35]. Таким образом, на объём человека (0,05 м³) приходится выделение тепла 285 Ккал/день (1192 кДж/день), что на порядок меньше удельного тепловыделения живого бодрствующего человека. Удельное же тепловыделение всего объёма Солнца ещё на два порядка меньше. Благодаря столь скромному удельному энерговыделению запасов «топлива» (водорода) хватает на несколько миллиардов лет поддержания термоядерной реакции.

Ядро — единственное место на Солнце, в котором энергия и тепло получается от термоядерной реакции, остальная часть звезды нагрета этой энергией. Вся энергия ядра последовательно проходит сквозь слои, вплоть до фотосферы, с которой излучается в виде солнечного света и кинетической энергии[36][37].

Зона лучистого переноса

Над ядром, на расстояниях примерно от 0,2—0,25 до 0,7 радиуса Солнца от его центра, находится зона лучистого переноса. В этой зоне перенос энергии происходит главным образом с помощью излучения и поглощения фотонов. При этом направление каждого конкретного фотона, излучённого слоем плазмы, никак не зависит от того, какие фотоны плазмой поглощались, поэтому он может как проникнуть в следующий слой плазмы в лучистой зоне, так и переместиться назад, в нижние слои. Из-за этого промежуток времени, за который многократно переизлучённый фотон (изначально возникший в ядре) достигает конвективной зоны, может измеряться миллионами лет. В среднем этот срок составляет для Солнца 170 тыс. лет[38].

Перепад температур в данной зоне составляет от 2 млн К на поверхности до 7 млн К в глубине[39]. При этом в данной зоне отсутствуют макроскопические конвекционные движения, что говорит о том, что адиабатический градиент температуры в ней больше, чем градиент лучевого равновесия[40]. Для сравнения, в красных карликах давление не может препятствовать перемешиванию вещества и зона конвекции начинается сразу от ядра. Плотность вещества в данной зоне колеблется от 0,2 (на поверхности) до 20 (в глубине) г/см³[39].

Конвективная зона Солнца

Ближе к поверхности Солнца температуры и плотности вещества уже недостаточно для полного переноса энергии путём переизлучения. Возникает вихревое перемешивание плазмы, и перенос энергии к поверхности (фотосфере) совершается преимущественно движениями самого вещества. С одной стороны, вещество фотосферы, охлаждаясь на поверхности, погружается вглубь конвективной зоны. С другой стороны, вещество в нижней части получает излучение из зоны лучевого переноса и поднимается наверх, причём оба процесса идут со значительной скоростью. Такой способ передачи энергии называется конвекцией, а подповерхностный слой Солнца толщиной примерно 200 000 км, где она происходит, — конвективной зоной. По мере приближения к поверхности температура падает в среднем до 5800 К, а плотность газа до менее 1/1000 плотности земного воздуха[39].

По современным данным, роль конвективной зоны в физике солнечных процессов исключительно велика, так как именно в ней зарождаются разнообразные движения солнечного вещества. Термики в конвективной зоне вызывают на поверхности гранулы (которые по сути являются вершинами термиков) и супергрануляцию. Скорость потоков составляет в среднем 1—2 км/с, а максимальные её значения достигают 6 км/с. Время жизни гранулы составляет 10—15 минут, что сопоставимо по времени с периодом, за который газ может однократно обойти вокруг гранулы. Следовательно, термики в конвективной зоне находятся в условиях, резко отличных от условий, способствующих возникновению ячеек Бенара[41]. Также движения в этой зоне вызывают эффект магнитного динамо и, соответственно, порождают магнитное поле, имеющее сложную структуру[39].

Атмосфера Солнца

Solar-evolution.png Изображение поверхности и короны Солнца, полученное Солнечным оптическим телескопом (SOT) на борту спутника Hinode. Получено 12 января 2007 года Фотография Солнца в ультрафиолетовом участке спектра 19 августа 2010 года, изображённая в «ложных цветах». Получена Обсерваторией солнечной динамики
Фотосфера

Фотосфера (слой, излучающий свет) образует видимую поверхность Солнца. Её толщина соответствует оптической толщине приблизительно в 2/3 единиц[42]. В абсолютных величинах фотосфера достигает толщины, по разным оценкам, от 100[43] до 400 км[1]. Из фотосферы исходит основная часть оптического (видимого) излучения Солнца, излучение же из более глубоких слоёв до нас уже не доходит. Температура по мере приближения к внешнему краю фотосферы уменьшается с 6600 К до 4400 К[1]. Эффективная температура фотосферы в целом составляет 5778 К[1]. Она может быть рассчитана по закону Стефана — Больцмана, согласно которому мощность излучения абсолютно чёрного тела прямо пропорциональна четвёртой степени температуры тела. Водород при таких условиях сохраняется почти полностью в нейтральном состоянии. Фотосфера образует видимую поверхность Солнца, по которой определяются размеры Солнца, расстояние от Солнца и т. д. Так как газ в фотосфере является относительно разреженным, то скорость его вращения много меньше скорости вращения твёрдых тел[43]. При этом газ в экваториальной и полярных областях, движется неравномерно — на экваторе он делает оборот за 24 дня, на полюсах — за 30 дней[43].

Хромосфера
Solar-evolution.png Изображение Солнца, полученное при наблюдении в телескоп с фильтром Hα, отчётливо показывает его хромосферу

Хромосфера (от др.-греч. χρῶμα — цвет, σφαῖρα — шар, сфера) — внешняя оболочка Солнца толщиной около 2000 км, окружающая фотосферу[44]. Происхождение названия этой части солнечной атмосферы связано с её красноватым цветом, вызванным тем, что в видимом спектре хромосферы доминирует красная H-альфа линия излучения водорода из серии Бальмера. Верхняя граница хромосферы не имеет выраженной гладкой поверхности, из неё постоянно происходят горячие выбросы, называемые спикулами. Число спикул, наблюдаемых одновременно, составляет в среднем 60—70 тыс.[45] Из-за этого в конце XIX века итальянский астроном Секки, наблюдая хромосферу в телескоп, сравнил её с горящими прериями. Температура хромосферы увеличивается с высотой от 4000 до 20 000 К (область температур больше 10 000 К относительно невелика)[44].

Плотность хромосферы невелика, поэтому яркость недостаточна для наблюдения в обычных условиях. Но при полном солнечном затмении, когда Луна закрывает яркую фотосферу, расположенная над ней хромосфера становится видимой и светится красным цветом. Её можно также наблюдать в любое время с помощью специальных узкополосных оптических фильтров. Кроме уже упомянутой линии H-альфа с длиной волны 656,3 нм, фильтр также может быть настроен на линии Ca II K (393,4 нм) и Ca II H (396,8 нм). Основные хромосферные структуры, которые видны в этих линиях[46]:

  • хромосферная сетка, покрывающая всю поверхность Солнца и состоящая из линий, окружающих ячейки супергрануляции размером до 30 тыс. км в поперечнике;
  • флоккулы — светлые облакоподобные образования, чаще всего приуроченные к районам с сильными магнитными полями — активным областям, часто окружают солнечные пятна;
  • волокна и волоконца (фибриллы) — тёмные линии различной ширины и протяжённости, как и флоккулы, часто встречаются в активных областях.
Корона
Solar-evolution.png Снимок Солнца 9 апреля 2013 года. Иллюстрация NASA/SDO

Корона — последняя внешняя оболочка Солнца. Корона в основном состоит из протуберанцев и энергетических извержений, исходящих и извергающихся на несколько сотен тысяч и даже более миллиона километров в пространство, образуя солнечный ветер. Средняя корональная температура составляет от 1 до 2 млн К, а максимальная, в отдельных участках, — от 8 до 20 млн К[47]. Несмотря на такую высокую температуру, она видна невооружённым глазом только во время полного солнечного затмения, так как плотность вещества в короне мала, а потому невелика и её яркость. Необычайно интенсивный нагрев этого слоя вызван, по-видимому, эффектом магнитного пересоединения[47][48] и воздействием ударных волн (см. Проблема нагрева короны). Форма короны меняется в зависимости от фазы цикла солнечной активности: в периоды максимальной активности она имеет округлую форму, а в минимуме — вытянута вдоль солнечного экватора. Поскольку температура короны очень велика, она интенсивно излучает в ультрафиолетовом и рентгеновском диапазонах. Эти излучения не проходят сквозь земную атмосферу, но в последнее время появилась возможность изучать их с помощью космических аппаратов. Излучение в разных областях короны происходит неравномерно. Существуют горячие активные и спокойные области, а также корональные дыры с относительно невысокой температурой в 600 000 К, из которых в пространство выходят магнитные силовые линии. Такая («открытая») магнитная конфигурация позволяет частицам беспрепятственно покидать Солнце, поэтому солнечный ветер испускается в основном из корональных дыр.

Видимый спектр солнечной короны состоит из трёх различных составляющих, названных L, K и F компонентами (или, соответственно, L-корона, K-корона и F-корона; ещё одно название L-компоненты — E-корона[49]. K-компонента — непрерывный спектр короны. На е

Что мы знаем о Солнце

# : 28.12.2015

Самая детально изученная звезда – это наше Солнце. Оно весьма полезно для нас: без него не было бы жизни на Земле. Но что мы узнали про Солнце за всю историю его наблюдений?

Из предыдущей лекции мы знаем, что Солнце очень большое: по диаметру в 10 раз крупнее самой большой планеты нашей системы – Юпитера, и почти в 110 раз крупнее Земли. А по массе Солнце с Юпитером различаются почти в 10³ = 1000 раз, поскольку их плотность примерно одинаковая, около 1,5 г/см³ – это чуть больше, чем у морской воды, т. е. привычная для нас величина. Но надо понимать, что это среднее значение по всему объёму: на поверхности Солнца плотность газа намного меньше, а к центру она нарастает так, что становится в 20 раз больше, чем у железа. 

Как смотреть на Солнце 

Мы ощущаем Солнце благодаря его излучению. А какова его полная мощность? Если поместить Солнышко в точку фокуса гигантского космического рефлектора и тем самым сконцентрировать всю его световую мощь на Землю, то через 4 минуты все наши океаны не просто закипели бы, они бы полностью выкипели в космическое пространство. Представьте: всего 4 минуты – и нет больше воды на Земле, вот что такое солнечное излучение. А через 10 суток испарился бы весь земной шар. 

К счастью, на нас попадает не всё солнечное излучение, а его микроскопическая доля, поэтому Земля и жизнь на ней не сильно от него страдают. Но учтите: прямой солнечный свет очень опасен для зрения. Конечно, можно на мгновение глянуть – и сразу же отвести взгляд. Но лучше этого не делать. Даже если вы собираетесь наблюдать за солнечным затмением, то смотреть на него длительно без тёмных очков нельзя. И очки нужны не пляжные, а специальные, с очень плотной светозащитной плёнкой, которая примерно в тысячу раз ослабляет световой поток; в таком случае ваша сетчатка от наблюдения не пострадает. 

Безопасное наблюдение Солнца сквозь специальные светозащитные очки. Волгоградский планетарий

А если вы решили наблюдать Солнце в телескоп, то запомните, что дело это крайне опасное. Телескоп собирает свет огромным объективом и весь его направляет в ваш глаз. Астрономы шутят, что на Солнце в телескоп можно посмотреть лишь дважды в жизни: один раз – правым глазом, а второй раз – левым. На мгновение глянул в окуляр – и всё, капут. Чтобы этого избежать, сделали специальный окуляр с зеркальцем, которое отбрасывает 99,99% света вбок, отводя его в ту часть обсерватории, где людей не должно быть. А в глаз попадает совсем чуть-чуть света, и тогда можно безопасно смотреть на солнечную поверхность. 

Наблюдение в основной окуляр телескопа; справа от него расположен окуляр искателя

Но если вам когда-нибудь придётся подсесть к окуляру большого телескопа, учтите, что это не совсем безопасно: обратите внимание, что параллельно его оси имеется маленький телескопчик – своеобразный оптический прицел, называемый гидом или искателем, у которого свой окуляр. В школьные годы в такой телескоп я наблюдал Солнце в проекции на белом экране (это очень удобный и безопасный способ) и однажды забыл закрыть объектив искателя. Внезапно, почувствовав запах горелого, я догадался и моментально отпрыгнул от телескопа. А потом долго ходил в пальто с прожжённой на спине дырой. Так что даже небольшой телескоп, сфокусировав на вашей спине лучи Солнца, может сильно вам навредить. 

Построение изображения Солнца

Проще всего наблюдать Солнце вообще без телескопа. Берёте маленький листочек бумаги или картонки, протыкаете в нём дырочку иголкой – и получившаяся камера-обскура даёт вам геометрически точный портрет Солнца. Люди таким способом наблюдают затмение, не рискуя. 

Наблюдение солнечного затмения 20 марта 2015 г. на крыше ГАИШ МГУ с помощью небольшой зрительной трубы и проекционного экрана. Фото: В.Г. Сурдин

Если у вас есть небольшая подзорная труба без специальных светофильтров, то можно, удобно расположив у окуляра экран, спроецировать на него изображение. По мере того, как Луна «наползает» на Солнце, с экрана вы фотографируете фазы затмения безопасно для глаз.

Что видно на Солнце 

Глядя на нашу родную звезду с Земли, мы видим хорошо оформленный круг фотосферы, можем измерить его диаметр. Присмотревшись, замечаем любопытный эффект потемнения к краю: в центре солнечный диск ярче, чем по краям. Это легко объяснимо: в середине наш взгляд протыкает солнечную атмосферу перпендикулярно и уходит вглубь, в горячие слои, вплоть до предела прозрачности, в то время как на видимом крае (его называют лимбом) луч зрения проходит только сквозь верхние слои атмосферы, а они более холодные и поэтому менее яркие. 

Прошло всего пять дней – и тёмные пятна на диске Солнца заметно сдвинулись. 5 и 10 июня 1998 г. Credit: Big Bear Solar Observatory

Поверхность Солнца не столь однородна, как кажется на первый взгляд: на светлом фоне мы замечаем какие-то пятнышки. Причём если день ото дня фотографируем или зарисовываем Солнце, то отметим перемещение этих пятен. Делаем вывод, что, во-первых, Солнце вращается, а во-вторых, на Солнце не все области имеют одинаковую температуру: если обычная температура – около 6000 K, то пятна явно холоднее – до 4000 K, как показывают измерения. Вроде бы разница невелика, но вспомните, что лучеиспускательная способность пропорциональна 4-й степени температуры. Кроме того, спектр смещается из области видимого света в инфракрасный диапазон, а инфракрасные лучи хуже проходят сквозь земную атмосферу и хуже фиксируются фотоприемниками, поэтому пятна выглядят такими чёрными.

Земля в одном масштабе с пятнами на Солнце

Размер солнечных пятен невероятен. Бывают пятна в несколько раз больше земного шара. Пятна окружены яркой поверхностью фотосферы, где постоянно всплывают горячие потоки газа. На их фоне явно выделяются более холодные пятна, причём с градацией яркости: астрономы говорят, что у солнечного пятна есть «тень» (амбра) и «полутень» (пенамбра). Пятно стабильно, потому что мощное магнитное поле препятствует горизонтальному перемешиванию в нём газа. Частицы горячего газа ионизованы, по существу это плазма, которая в магнитном поле движется своеобразно: вдоль силовых линий может, а поперёк – нет, поэтому циркуляция вещества в поперечных направлениях заторможена. 

Чёрное пятно на поверхности Солнца окружено тёмной оболочкой

Когда мы изучаем фотосферу Солнца с сильным увеличением, то и помимо пятен обнаруживаем много чего любопытного. Сейчас появилось новое поколение телескопов, в том числе и на спутниках, летающих за пределами атмосферы Земли, так что теперь мы можем наблюдать структуру поверхности очень детально. Оказывается, что даже спокойная, невозмущённая фотосфера не однородна, она вся состоит как бы из зёрнышек, гранул. Размер этих гранул – порядка угловой секунды, что соответствует примерно тысяче километров. Это гигантские потоки плазмы, которые с околозвуковой скоростью выныривают из недр Солнца, остывают и уходят вниз. А в пятнах происходит «водопад»: охлаждаясь, вещество вдоль силовых магнитных линий устремляется вниз, но снизу поток тепла подходит не такой интенсивный. Поэтому вещество охлаждается всё сильнее и сильнее и на контрасте с яркой поверхностью становится для телескопа тёмным, практически чёрным. 

Как работает Солнце 

Внутреннее строение Солнца мы себе представляем так: есть центральная часть, или ядро, в котором температура выше 5 млн градусов, а в самом его центре – примерно 15 млн. Это источник энергии, там идут термоядерные реакции, а выделяющаяся при этом энергия переносится наружу. В звёздах эффективно работают два механизма переноса.

Из внутренней, высокотемпературной части перенос энергии осуществляется в основном квантами излучения, фотонами. Вещество лежит слоями, практически не перемешиваясь, а кванты из ядра сквозь него диффундируют к более холодной поверхности. Квантов там много, плотность их отнюдь не маленькая, и продвигаются они очень медленно. Дело в том, что плазма настолько непрозрачна для света, что родившемуся в ядре электромагнитному кванту, который движется со скоростью света, чтобы выбраться на поверхность и улететь в открытое пространство, требуется порядка ста тысяч лет. 

Внутреннее строение Солнца и схема переноса энергии: фотоны, рождающиеся в ядре, петляя по очень запутанной траектории во внутренней части, постепенно выбираются наружу. Кипение солнечной поверхности, вызванное конвективными движениями: расчёт по трёхмерной гидродинамической модели (справа)

На какой-то глубине плотность и температура квантов уменьшаются настолько, что они становятся не в состоянии обеспечить перенос всей энергии, которая выделяется в ядре. И тут в дело переноса энергии вступает уже конвекция, перемешивание вещества: горячие потоки газа всплывают, охлаждаются, становятся менее тёплыми и тонут. Как в кастрюльке, если воду подогреваем на плитке, она бурлит.

В природе есть и третий механизм переноса энергии – теплопроводность: в твёрдом теле молекулы колеблются и друг друга толкают, происходит кинетическая передача тепла. Этот процесс внутри Солнца тоже имеет место, но роли практически не играет. Однако есть звёзды, в которых теплопроводность является основным способом переноса, это белые карлики. 

Современным телескопам на космических аппаратах не мешает атмосфера Земли, они намного детальнее показывают нам структуру поверхности Солнца, и иногда мы видим странные вещи: яркие точки на границах отдельных конвективных ячеек. Космические снимки получаются очень качественные, с высоким угловым разрешением. Раньше, всего лишь лет десять тому назад, в наземные телескопы мы не могли этого явления заметить. Теперь же мы понимаем, что бурление газа выносит не только горячие слои вещества, но вместе с ними и магнитное поле, «вмороженное» в потоки плазмы. В соседних ячейках с обеих сторон выходящие на поверхность потоки несут свои магнитные поля друг к другу. Встречаются два потока газа, на линии их соприкосновения магнитные силовые линии уплотняются, и плотность энергии магнитного поля, пропорциональная квадрату его напряжённости, нарастает. На изображениях, полученных при моделировании, и на прямых снимках Солнца видно, что на границе конвективных ячеек температура выше. Этот локальный разогрев происходит потому, что часть магнитной энергии переходит в тепловую энергию газа. На этом принципе основаны многие наземные приборы. Так, в некоторых термоядерных реакторах, которые сейчас конструируют, способом нагрева плазменного потока служит его «обжимание» магнитным полем, так называемый пинч-эффект

10_Slide069-compress.jpg

Хотя космические телескопы, например, американский спутник «Солнечная динамическая обсерватория» (Solar Dynamic Observatory), действительно показывают нам намного более детальные изображения, но не это главное. Важнее то, что с помощью заатмосферных обсерваторий мы регистрируем гораздо больший спектральный диапазон: можно получить отдельно рентгеновский, ультрафиолетовый, инфракрасный портреты Солнца. Рассматривая последовательную серию этих фотографий, мы прежде всего замечаем, что площадь, занятая на диске Солнца пятнами, их количество и плотность меняются. Иногда их нет совсем или мало, а иногда их много и они большого размера. Это регулярное явление, открытое ещё в XVII веке, называют солнечной активностью, по сути это и есть активность процессов во внешнем слое Солнца, а пятна – её индикатор. Активность Солнца проявляется не только зримо, но и в его радиоизлучении, и в корпускулярном излучении, и в рентгеновском, которые тоже меняются год от года. 

Слева: схема формирования конвективных ячеек Бенара. В поверхностных слоях Солнца энергия передаётся наружу благодаря перемешиванию вещества (внизу). При этом формируются конвективные ячейки подобно тем, что образуются в подогреваемой снизу вязкой жидкости (вверху слева). Циркуляцию вещества в этих ячейках наглядно демонстрирует численный расчёт по 3D гидродинамической модели конвекции Рэлея–Бенара (вверху справа)

Рядом с пятном можно различить светлые прожилки, их обычно называют факелами. Физикам это явление тоже должно быть понятно: горячая плазма не смогла прорваться в область пятна, магнитное поле её туда не пустило, но ей надо куда-то деваться – и она прорывается рядом. Такими факелами окружено каждое пятно, но по краям Солнца они выглядят более контрастно. 

Справа: солнце в белом свете 5 июня 2012 г. Фото: Solar Dynamics Observatory, NASA. Слева: вокруг пятен на Солнце имеются светлые прожилки, особенно заметные ближе к лимбу. Фото сделано в видимом диапазоне 28 октября 2003 г. Credit: SOHO (ESA, NASA)

С начала XVII века, когда Галилей начал наблюдать Солнце, ведётся хронология солнечной активности. На графике, демонстрирующем изменение во времени числа пятен или их общей площади, довольно чётко соблюдается периодичность: примерно 11,5 лет отделяет каждый максимум солнечной активности от последующего, т.е. периоды активности можно прогнозировать. Это важно, потому что в эпоху высокой активности Солнце представляет опасность, особенно для космической техники: чаще возникают неполадки, плотнее становятся верхние слои земной атмосферы, и т.п. 

С середины XVII по начало XVIII века (в так называемый минимум Маундера) на Солнце вообще не отмечалось пятен, вспышек, мощных потоков газа, а на Земле это отозвалось малым ледниковым периодом. На старых голландских картинах изображали, что люди катались по каналам на коньках, в то время это было распространённой забавой. А попробуйте сейчас зимой поехать в Голландию: каналы не замерзают, а если иной раз и замерзнут на неделю, то никто на такой лёд не решится выйти. 

Слева: солнце в линии H⍺ 8 декабря 2002 г. Фото: Big Bear Solar Observatory. Справа: солнце в линиях He II и Si XI (30,4 нм) 27 июня 2005 г. Фото: SOHO (ESA, NASA)

Когда мы фотографируем не в широком диапазоне излучения, а выделяем из всего спектра одну узкую спектральную линию, получаются довольно интересные портреты. Например, если наблюдать Солнце сквозь интерференционно-поляризационный фильтр, который пропускает свет только в окрестности линии Hα (соответствующей переходу электрона в атоме водорода со 3-го на 2-й энергетический уровень), то на фоне однородной поверхности солнечного диска видны яркие области, в которых водород интенсивно излучает, и тёмные – в которых он поглощает. Понятно, что яркие области более горячие. Но откуда берутся тёмные? Это взвиваются фонтаны газа, которые висят некоторое время над поверхностью Солнца, поддерживаемые магнитным полем. Их называют протуберанцами, это относительно холодные и плотные водородные облака, плавающие в разреженной и горячей солнечной атмосфере, и они частично поглощают свет, идущий с поверхности. 

И совсем фантастическим Солнце выглядит в отдельных линиях ультрафиолетового диапазона, но такие портреты получаются только со спутников: до поверхности Земли излучение длиной волны менее 300 нанометров не доходит. В белом свете Солнце кажется спокойным, но в линии излучения ионизованного железа та же самая поверхность выглядит совсем по-другому. 

Слева: солнце в линии восьмикратно ионизованного железа Fe IX (17,1 нм) 9 апреля 2013 г. Справа: солнце в линиях He II (30,4 нм) и высокоионизованного железа. 30 марта 2010 г. Фото: Solar Dynamics Observatory, NASA

Слева: солнце в линии восьмикратно ионизованного железа Fe IX (17,1 нм) 9 апреля 2013 г. Справа: солнце в линиях He II (30,4 нм) и высокоионизованного железа. 30 марта 2010 г. Фото: Solar Dynamics Observatory, NASA

На синтетическом портрете, сложенном из нескольких спектральных линий, многое можно увидеть одновременно: тут и активные области, и выбросы-протуберанцы, и потоки газа в солнечной короне, и отдельные яркие точки, которых раньше не замечали вообще. Такие снимки рассказывают нам о том, как функционирует эта звезда на поверхности. 

Особенно интересно получается, если делать снимки непрерывно и потом складывать из отдельных кадров «мувики». Так, один из старейших орбитальных телескопов, SOHO, уже 20 лет летает в космосе и несколько раз в час фотографирует Солнце через фильтр, пропускающий линии излучения водорода. Просматривая серии таких снимков, мы видим вспышки и протуберанцы в развитии, а также вращение звезды.

 

Солнце вращается не особенно быстро: примерно за 27 суток оно делает один оборот вокруг своей оси. Но есть звёзды, которые оборачиваются за несколько часов. Причина медленного вращения Солнца в том, что в процессе формирования нашей Солнечной системы планеты «отобрали» у своей звезды момент импульса, так что полный момент Солнечной системы в основном принадлежит планетам и складывается из их орбитального движения, прежде всего – движения массивного Юпитера. Поэтому, если мы видим, что какая-то звезда быстро вращается, то планет у неё, скорее всего, нет. 

Детальный снимок окрестности солнечного пятна, сделанный в области одной спектральной линии ионизованного железа, хорошо показывает структуру магнитного поля. Подобно тому, как насыпанные на картонку железные опилки при поднесении снизу магнита выстраиваются вдоль силовых линий магнитного поля, так же точно ориентируются и потоки плазмы вокруг пятен, представляющих собой магнитные полюса. Таким образом, мы можем непосредственно изучать магнитные поля и поведение газа в этих магнитных полях. Поля там неслабые, порядка тысячи гауссов. В принципе, можно и на Земле такую напряжённость получить, но это нелегко. А тут у нас, можно сказать, бесплатная физическая лаборатория, в которой можно наблюдать и изучать магнитную газодинамику. 

Как правило, протуберанцы спокойные. Они приподнимаются магнитным полем, ещё немножко свет на них снизу давит, т.е. получается магнитная ловушка, в которой висит плазменное облако, остывает – и тогда мы его видим. Иногда газ всё-таки покидает поверхность Солнца, и его потоки устремляются из фотосферы в более высокие слои атмосферы – хромосферу и корону. Корону мы видим редко, потому что она хоть и очень горячая, более миллиона градусов, но очень разрежена и поэтому света даёт мало. Только во время солнечного затмения, когда солнечный диск закрыт Луной, мы замечаем, что у Солнца атмосфера очень протяжённая и динамично меняющаяся: потоки газа вырываются из неё довольно интенсивно. На хороших снимках солнечного затмения мы прослеживаем корону очень далеко. И она каждый раз разная, потому что меняется активность в разных областях Солнца. 

Слева: солнечная корона во время затмения 2015 г. © M. Druckmüller et al., 2015

А теперь сопоставьте известные вам данные: поверхность Солнца нагрета всего до 5—6 тысяч градусов, но отходим дальше в холодный космос – и вдруг миллионы градусов. Странная картина, правда? Вроде бы тепло течёт от нагревателя к холодильнику, а поверхность Солнца – это и есть холодильник по сравнению с ядром. Что туда приносит энергию, что нагревает корону? 

В фотосфере Солнца постоянно возникают "нановспышки" с энергией около 240 Мт ТНТ, подогревающие солнечную корону. 18 мая 1995 г. Фото: SOHO EIT. He II line (30,4 нм). Справа: солнечная вспышка вызвала волны цунами, расходящиеся кольцами по поверхности Солнца

До сих пор выдвигали разные гипотезы необычно высокой температуры газа в короне – и звуковые волны, и магнитные. Лишь недавно астрофизики поняли причину этого явления: микровспышки на поверхности Солнца, малюсенькие яркие точки в области контакта между всплывающими в виде гранул потоками газа. Но «микро» такая вспышка лишь в масштабе всего Солнца, а абсолютная величина энергии каждой такой вспышки – порядка сотни мегатонн тринитротолуола (ТНТ). Для сравнения: энергия взрыва самой мощной бомбы (водородной) за всю историю человечества – 50 мегатонн (это была наша бомба, отечественная). А тут – сотни мегатонн, но тем не менее мы их называем «нановспышками», потому что на Солнце они почти не заметны. 

Корональный выброс массы Солнцем. 8 января 2002 г. Область короны сфотографирована внезатменным коронографом, затем на снимок наложено изображение диска Солнца в линии He II (30,4 нм). Фото: SOHO (ESA, NASA)

Вспышка – это, по сути, взрыв магнитной бомбы: магнитные поля сжимают поток плазмы, от этого она за короткое время сильно разогревается. В этом месте на поверхности Солнца возникает возмущение, от которого расходятся тяжёлые (физики говорят — гравитационные) волны, подобные волнам на поверхности воды. Т.е. вспышка как бы стукнула по поверхности – и пошла волна, типичное цунами. В каждой такой вспышке энергии выделяется достаточно, чтобы большой кусок плазмы нагреть и выбросить с поверхности. Не обязательно насовсем; он может взлететь и потом упасть – ведь от Солнца оторваться нелегко. 

Активный протуберанец на Солнце 30 марта 2010 г. Фото: Solar Dynamics Observatory, NASA

Бывает, что облако выбрасывается со второй космической скоростью, это называют «корональные выбросы массы», которые летят в разные стороны. Если комета сталкивается с таким выбросом, у неё хвост может оторвать. Правда, тут же новый, как у ящерицы, вырастет, потому что она постоянно испаряется. Налетают солнечные выбросы и на Землю. Когда такое плазменное облако на нашу атмосферу обрушивается, мы наблюдаем полярное сияние. Для нас эти события важны, поэтому за солнечными чудесами сегодня следит множество спутников. Полярное сияние также возникает и на Юпитере, и на Сатурне. 

Взаимодействие солнечного выброса с магнитосферой Земли

Солнце, как и всё в этом мире, не вечное. О том, сколько ему (и Земле) осталось существовать, – на следующей лекции. 

Полярное сияние с поверхности Земли (слева). Кольцо полярного сияния на Сатурне. Фото сделано космической обсерваторией «Хаббл» (NASA)

Задать вопрос Владимиру Сурдину

# : 28.12.2015

характеристика, состав, строение, жизненный цикл, изучение и факты — SunPlanets.info

Солнце является основным источником энергии для Земли и всей Солнечной системы. Без него жизнь на нашей планете была бы невозможна. Неслучайно у многих древнейших цивилизаций (например, у египтян) именно бог Солнца считался верховным божеством, которому все остальные Боги были подчинены. Однако современная наука может рассказать о нашем светиле значительно больше, чем древнеегипетские мифы. Какие процессы протекают внутри Солнца, какова история этой звезды, и какое будущее ожидает ее через миллиарды лет?

Общая характеристика

Солнце – это огромный разогретый шар из газа, чей диаметр оценивается в 1,392 млн км. Это в 109 раз больше диаметра нашей планеты. На звезду приходится 99,87% всей массы Солнечной системы.

С Земли кажется, что светило имеет желтый цвет, однако это иллюзия, связанная с влиянием атмосферы нашей планеты на солнечный свет. На самом деле Солнце излучает почти белый свет.

Солнце – это одна из сотен миллиардов звезд галактики Млечный путь. Ближайшая к Солнцу звезда – это Проксима Центавра, находящаяся от неё на расстоянии 4,24 световых лет. Для сравнения – расстояние от Земли до Солнца, принимаемое за астрономическую единицу (а.е.), солнечный свет проходит всего за 8,32 минут.

По астрономической классификации Солнце относится к типу «желтых карликов». Это значит, что оно не так и велико по сравнению с размерами других звезд, но довольно ярко светит. Наше светило входит 15% самых ярких звезд Млечного Пути. Вместе с тем в галактике есть звезды, чей радиус превышает солнечный в 2000 раз!

Источником тепла, излучаемого звездой, являются термоядерные реакции. В центре Солнца атомы водорода сливаются друг с другом, в результате чего образуется атом гелия и некоторое количество энергии. Это реакция называется протон-протонным циклом, на него приходится порядка 98% энергии, вырабатываемой светилом. Однако имеют место и иные реакции, в ходе которых «сгорают» такие элементы, как гелий, углерод, кислород, неон и кремний, а образуются металлы (железо, магний, кальций, никель) и другие элементы (сера). Все эти процессы называют звездным нуклеосинтезом.

Влияние Солнца на окружающие небесные тела огромно. Солнечный ветер (частицы вещества, излучаемого звездой), доминируют в межпланетном пространстве на расстоянии до 100-150 а.е. от светила. Считается, что гравитация нашей звезды определяет орбиты тел, находящихся даже на расстоянии светового года от неё (в облаке Оорта).

Само Солнце также вращается вокруг своей оси. Так как оно состоит из газов, то разные его слои вращаются с разной угловой скоростью. Если в районе экватора период обращения составляет 25 дней, то на полюсах он увеличивается до 34 дней. Более того, последние исследования показывают, что внутренние области совершают оборот значительно быстрее, чем внешняя оболочка.

Таблица «Основные физические характеристики Солнца»

Средний диаметр 1 392 000 км
Длина экватора4 370 000 км
Масса 1,9885⋅1030 кг (примерно 333 тысячи масс Земли)
Площадь поверхности 6 триллионов км²
Объем1,41•1018 км³
Плотность1,409 г/м³
Температура на поверхности6000° С
Температура в центре звезды 15 700 000° С
Период вращения вокруг своей оси (на экваторе) 25,05 дней
Период вращения вокруг своей оси (на полюсах) 34,3 дня
Наклон оси вращения к эклиптике 7,25°
Минимальное расстояние до Земли 147 098 290 км
Максимальное расстояние до Земли 152 098 232 км
Вторая космическая скорость 617 км/с
Ускорение свободного падения 27,96g
Светимость (мощность излучения) 3,828⋅1026 Вт

Состав Солнца

Основными элементами, из которых состоит наша звезда, являются водород (73,5% солнечной) и гелий (24,9%). На все остальные элементы приходится примерно 1,5%.

Химический состав светила непостоянен – он меняется из-за превращений, происходящих во время термоядерных реакций. На заре своего существования Солнце почти полностью состояло из водорода. В ходе термоядерных реакций этот элемент превращается в гелий, поэтому его массовая доля падает. Гелий также превращается в более тяжелые элементы, однако, однако в целом его доля возрастает. Изменения химического состава звезд оказывают огромное влияние на процессы их эволюции.

Строение Солнца

Схема структуры Солнца. Изображение: Pbroks13 / Wikimedia Commons
1-Ядро; 2-Зона лучистого переноса; 3-Зона конвективного переноса; 4-Фотосфера; 5-Хромосфера; 6-Корона; 7-Солнечные пятна; 8-Гранулы; 9-Протуберанец

Конечно, у Солнца, состоящего из газов, нет привычной нам твердой поверхности. Значительную ее часть составляет атмосфера, которая по мере движения к центру светила уплотняется. Тем не менее принято выделять 6 «слоев», из которых состоит звезда. Три из них являются внутренними, а следующие три образуют солнечную атмосферу.

Внутреннее строение Солнца

Внутренняя структура нашей звезды включает следующие слои:

Ядро

В центре светила располагается ядро. Именно в этой области идут термоядерные реакции. Радиус ядра оценивается в 150 тыс. км. Температура здесь не опускается ниже 13,5 млн градусов, а давление доходит до 200 млрд атм. Из-за этого вещество здесь находится в крайне плотном состоянии. Его плотность составляет 150 г/куб. см. Это в 7,5 раз выше плотности золота. Именно такие условия необходимы для протекания термоядерных реакций. Надо понимать, что именно в ядре вырабатывается энергия, которую и излучает Солнце. Все остальные области звезды лишь обогреваются ядром, но сами ее не вырабатывают.

Зона лучистого переноса

Над ядром располагается зона радиации, которую также именуют зоной лучистого переноса. Ее внешняя граница проходит по сфере радиусом 490 тыс. км. Температура постепенно падает от отметки в 7 млн градусов на границе с ядром до 2 млн градусов у внешней границы. Также и плотность вещества снижается с 20 до 0,2 г/куб. см. Тем не менее из-за высокой плотности атомы водорода не могут двигаться. То есть если при нагреве, например, воды ее теплые слои поднимаются на поверхность, перенося туда тепло, то здесь такой механизм не работает – вещество остается неподвижным. Единственный способ энергии пробраться через зону радиации – это длительная цепочка поглощений и излучений фотонов атомами водорода. Из-за этого фотон, возникший при термоядерной реакции в ядре, в среднем «пробирается» наружу через зону радиации примерно 170 тыс. лет!

Зона конвективного переноса

Выше располагается зона конвективного переноса толщиной 200 тыс. км. Здесь плотность уже невысока, и вещество активно перемешивается – нагретые газы поднимаются наверх, отдают тепло, остывают и снова погружаются вниз. Скорость газовых потоков может достигать 6 км/с. Именно это движение порождает магнитное поле Солнца. Температура на поверхности падает до 6000° С, а плотность на три порядка ниже плотности земной атмосферы.

Атмосфера

Атмосфера Солнца состоит из следующих слоев:

Фотосфера

Нижний слой атмосферы называют фотосферой. Именно она излучает тот свет, который согревает планеты Солнечной системы. Толщина фотосферы колеблется от 100 до 400 км. На внешней границе фотосферы температура падает до 4700° С.

Хромосфера

Над фотосферой располагается хромосфера – слой толщиной около 2000 км. Её яркость очень мала, поэтому с Земли её можно наблюдать довольно сложно. Удобнее всего это делать во время солнечных затмений. Она имеет специфический красный оттенок. В хромосфере можно наблюдать спикулы – столбы плазмы, выбрасываемые из нижних слоев хромосферы. Время существования одной спикулы не превышает 10 минут, а длина доходит до 20 тыс. км. Одновременно в хромосфере находится около миллиона спикул. Интересно, что с увеличением высоты температура хромосферы не падает, а растет, и на верхней границе может доходить до 20 000° С.

Корона

Верхний слой атмосферы называется короной. Ее верхняя граница до сих пор четко не определена. Вещество в ней крайне разрежено, однако температура в ней может достигать нескольких миллионов градусов. На сегодня ученым не удалось полностью объяснить, за счет каких механизмов солнечная корона разогревается до такой температуры. В короне можно наблюдать протуберанцы – выбросы солнечного вещества, чья высота над поверхностью звезды может достигать 1,7 млн км.

Магнитное поле Солнца

Изображение: NASA / GSFC / Solar Dynamics Observatory

У Солнца есть магнитное поле. Исследователи выделяют глобальное поле звезды и множество локальных полей.

Глобальное поле обладает цикличностью. Его напряженность колеблется с частотой 11 лет, при этом наблюдаются изменения в частоте появления солнечных пятен. Такой цикл называют «циклом Швабе» по фамилии ученого, заметившего ещё в XIX веке, что количество солнечных пятен на поверхности светила меняется циклически. Лишь позже стала очевидна связь этого явления с процессами в зоне конвективного переноса и колебаниями магнитного поля. В начале XX века стало ясно, что за один цикл Швабе полярность магнитного поля меняется на противоположное. То есть Солнцу нужна два 11-летних цикла, чтобы магнитное поле вернулось к начальному состоянию. В связи с этим выделяют 22-летний цикл, известный как «цикл Хейла».

В разных районах Солнца могут наблюдаться и малые, то есть локальные магнитные поля. Их напряженность может в тысячи раз превышать напряженность глобального поля, однако время их существования редко превышает несколько десятков дней. Особенно часто локальные поля наблюдаются в районе солнечных пятен. Дело в том, что эти пятна как раз и являются теми точками, через которые магнитные поля из внутренних областей выходят наружу.

Жизненный цикл Солнца

Жизненный цикл Солнца. Изображение: Айсик Бендер / Wikimedia Commons

Возраст Солнца оценивается учеными в 4,5 млрд лет. Сформировалось оно из газопылевого облака, которое постепенно сжималось под действием собственной гравитации. Из этого же облака возникли планеты и почти все остальные объекты в Солнечной системе. Когда в центре сжимающегося облака плотность, а вместе с ней температура и давление выросли до критических значений, началась термоядерная реакция – так зажглось Солнце.

В ходе термоядерных реакций масса Солнца постепенно уменьшается. Каждую секунду 4 млн тон солнечного вещества преобразуется в энергию. Вместе с тем звезда разогревается. Каждый 1,1 млрд лет яркость Солнца увеличивается на 10%. Это значит, что ранее температура на Земле была значительно ниже, чем сейчас, а на Венере, возможно, была жидкая вода или даже жизнь (сейчас средняя температура на поверхности Венеры составляет 464° С). В будущем же яркость Солнца будет возрастать, что будет вести к росту температуры на Земле. Через 3,5 млрд лет яркость светила вырастет на 40%, и условия на Земле станут такими же, как и на Венере. С другой стороны, Марс также разогреется и станет более пригодным для жизни. Таким образом, в ходе эволюции звезды так называемая «зона обитаемости», постепенно удаляется от Солнца.

Постепенно из-за выгорания водорода ядро будет уменьшаться в размерах, а вся звезда в целом – увеличиваться. Через 6,4 млрд лет водород в ядре закончится, радиус звезды в этот момент будет больше современного в 1,59 раз. В течение 700 млн лет звезда расширится до 2,3 современных радиусов.

Далее рост температуры приведет к тому, что термоядерные реакции горения водорода запустятся уже не в ядре, а в оболочке звезды. Из-за этого она резко расширится, и ее внешние слои будут достигать современной земной орбиты. Однако к тому моменту светило потеряет значительную часть своей массы (28%), что позволит нашей планете перейти на более отдаленную орбиту. Солнце в этот период своей жизни, который продлится 10 млн лет, будет являться красным гигантом.

После из-за роста температуры в ядре до 100 млн градусов там начнется активная реакция горения гелия – «гелиевая вспышка». Радиус светила сократится до 10 современных радиусов. На выгорание гелия уйдет порядка 110 млн лет, после чего звезда снова расширится и станет красным гигантом, но эта стадия будет длиться уже 20 млн лет.

Из-за пульсаций, связанных с изменениями температуры Солнца, его внешние слои отделятся от ядра и образуют планетарную туманность. Само же ядро превратится в белый карлик – объект, чьи размеры будут сопоставимы размерами Земли, а масса будет равна половине современной солнечной массы. Далее этот карлик, состоящий из углерода и кислорода, будет постепенно остывать. Никаких термоядерных реакций в белом карлике идти не будет, поэтому со временем (за десятки млрд лет) он превратится в черный карлик – остывшую плотную массу вещества. На этом эволюция Солнца завершится.

Орбита и расположение Солнца в галактике Млечный путь

Иллюстрация расположения Солнца в галактике Млечный путь / Wikimedia Commons

Солнце вместе со всей Солнечной системой вращается относительно центра Млечного пути, в котором располагается огромная черная дыра. Расстояние от нее до нашего светила составляет 26 тыс. св. лет. Один оборот Солнечная система совершает примерно за 225-250 млн лет. Скорость движения звезды относительно центра галактики составляет 225 км/с.

На сегодня Солнце располагается в рукаве Ориона. Нам повезло с расположением Солнечной системы в Млечном Пути. Дело в том, что скорость вращения нашей системы почти совпадает со скоростью вращения так называемых спиральных рукавов. Из-за этого наша система не попадает в них, хотя большинство других звезд периодически оказываются там. В спиральных рукавах очень сильное излучение, которое способно убить всё живое. Если бы Солнце находилось на другой орбите, оно периодически попадало бы в спиральные рукава, что приводило бы к «стерилизации» жизни на Земле.

Исследование Солнца

Космический зонд возле Солнца. Иллюстрация: NASA / Johns Hopkins APL / Steve Gribben

Изначально люди относились к Солнцу как к божеству, дающему людям свет. Древние астрономы полагали, что наше светило – это лишь одна из планет, к которым также относили и Луну. Поэтому в честь него, как и в честь других планет, нередко называли дни недели. И сегодня в английском языке воскресенье носит название «Sunday», что переводится как «день Солнца». В 800 г. до н. э. китайцы впервые обнаружили на Солнце пятна.

Аристарх Самосский в III в. до н. э. первым предположил, что именно Земля вращается вокруг Солнца, а не наоборот. Но лишь во времена Коперника и Галилея эта теория была принята научным сообществом. Тогда же начались исследования Солнца с помощью телескопа. Галилей понял, что солнечные пятна – это часть светила. Изучая их, он понял, что звезда вращается вокруг своей оси, и даже смог определить период обращения.

В 1672 г. Д. Кассини смог достаточно точно рассчитать расстояние до светила. Для этого он определял положение Марса на небосводе в Париже и Кайенне (Южная Америка). Он получил значение в 140 млн км.

В XIX в. физики стали изучать спектр солнечного света. Этот метод позволял определить химический состав звезды. В 1868 г. было обнаружено, что в состав светила входит элемент, до того неизвестный человечеству. Его назвали гелием.

Большой загадкой для ученых оставалась природа энергии, излучаемой Солнцем. Выдвигались ошибочные версии, что звезда нагревается за счет падения на нее метеоритов или за счет гравитационного сжатия. Лишь с открытием ядерных реакций физики смогли предположить, что источник солнечного тепла – это термоядерный синтез.

Дальнейшее изучение Солнца связано с развитием космонавтики. С помощью советских аппаратов «Луна-1» и «Луна-2» в 1959 г. был открыт солнечный ветер.

Интересные факты о Солнце

Для любого объекта, излучающего тепло, можно посчитать отношение мощности к его объему. Оказывается, что удельная мощность Солнца примерно в тысячу раз меньше, чем удельная мощность человеческого организма! Это означает, что огромный объем выделяемого светилом тепла в первую очередь объясняется его гигантскими размерами.

Периодически всплески солнечной активности приводят к геомагнитным бурям. Мощнейшая из них произошла в 1859 г. В результате на Земле перестала работать телеграфная связь, а северное сияние наблюдалось даже над Кубой.

Сейчас общепризнанна теория, что Солнце образовалось из газопылевого облака. Однако откуда появилось само облако? Ученые предполагают, что оно является остатком предыдущих звезд. Химический анализ показывает, что Солнце является звездой уже третьего поколения. Это значит, что вещество, из которого состоит светило, ранее входило в состав двух других звезд, уже прекративших существование.

Хотя большинство планет вращаются вокруг Солнца в плоскости эклиптики, экватор самой звезды не совпадает с этой плоскостью, а наклонен на 7°. Эту аномалию до сих пор не удалось объяснить. Возможно, причиной этого является существование ещё одной планеты в Солнечной системе, чья орбита лежит не в плоскости эклиптики, а под углом к ней. Ряд наблюдений подтверждает существование Девятой планеты, но пока что говорить об ее открытии преждевременно.

Список использованных источников

• https://v-kosmose.com/solntse-interesnyie-faktyi-i-osobennosti 
• https://postnauka.ru/faq/65260
• http://obshe.net/posts/id345.html
• https://www.popmech.ru/science/7853-puteshestvie-iz-tsentra-solntsa-nichto-v-mire-ne-vechno-eto-otnositsya-i-k-svetilu-kotoromu-my-obyaz/#part2
• https://astrogalaxy.ru/042a_Sun.html

Не нашли, то что искали? Используйте форму поиска по сайту

Понравилась статья? Оставь комментарий и поделись с друзьями

Как работает солнце | Pop Hi-Tech

На вопрос о том, как работает Солнце, впервые ответил Роберт Майер. Он предположил, что реакция на звезде нашей планетарной системы происходит из-за ее постоянной бомбардировки метеоритами. Это был конец XIX века, поэтому гипотезу Майера отвергли не сразу. Сегодня понятно, что для того, чтоб Солнце купало планеты своей энергией нужно, чтоб за пять миллионов лет на звезду упали метеориты, вес которых превышает массу светила в 150 раз. Солнце

Вторая гипотеза, названная контракционной предполагает, что реакция на Солнце происходит благодаря ежегодному сжатию звезды на 60-70 метров. У такой теории было два автора, оба уважаемые ученые своего времени – Кельвин и Гельмгольц. Несостоятельность такого объяснения заключается в том, что если подсчитать возраст Солнца по ее размеру, то выходит что нашей звезде всего 20 млн лет.

В начале XX столетия Джеймс Джинс предположил, что энергия Солнца достигается за счет распада тяжелых радиоактивных металлов. Третья гипотеза так же имела проблемные места. В частности, британский физик не смог объяснить то, что даже состоящее из одного урана Солнце не смогло бы дать того видимого света, которым оно делится с окружающими ее планетами.

В 20 годах прошлого века Артуром Эддингтоном впервые была выдвинута теория термоядерного синтеза в качестве источника солнечной энергии. Через 15 лет ее развил Ханс Бете. За объяснение термоядерной реакции превращения водорода в гелий американский астрофизик получил Нобелевскую премию.

Солнце состоит из водорода(75%), гелия(25%) и других элементов (менее 1%).Термоядерная реакция в Солнце происходит при температуре более 10 млн градусов. Развивается такая высокая температура в глубине Солнца. Благодаря реакции, в центре звезды такого типа рождаются жесткие гамма-кванты. Они устремляются к поверхности Солнца, по ходу трансформируясь сначала в кванты рентгеновских лучей, а затем в ультрафиолетовое излучение. Путь гамма-квантов к поверхности звезды занимает 10 млн лет. Солнечный свет, видимый нам сейчас был рожден до появления человека современного типа.

Что будет с нашей звездой в будущем? О будущем Солнца нет однозначного ответа. Предполагается, что когда кончится водород, а он расходуется звездой нашего типа 600 млн тонн ежесекундно, она превратится в красного гиганта. Ее размер увеличится настолько, что близкие к светилу планеты будут поглощены им. Затем через 6-8 млрд лет внешняя оболочка красного гиганта будет сорвана и звезда перейдет в фазу белого карлика. Но такие изменения на Солнце человеку будут не интересны. Он должен будет покинуть нашу систему до того, как Солнце начнет расти, поглощая собой Венеру и Меркурий. У нас для этого 5 млрд лет, после которых в недрах звезды кончится водород.

его строение, характеристики, интересные факты

Расположение Солнца в галактике
  • Характеристики Солнца

  • Структура и состав Солнца

  • Почему светит Солнце

  • Солнечные пятна

  • Солнечный ветер

  • Солнечное затмение

  • Эволюция Солнца и его будущее

  • Интересные факты о Солнце

  • Солнце, видео
  • Наше Солнце действительно уникальная звезда, хотя бы только потому, что ее свечение позволило создать условия пригодные для жизни на нашей планете Земля, которая, то ли по удивительному стечению обстоятельств, то ли по гениальному Божьему замыслу находится на идеальном расстоянии от Солнца. С древних времен Солнце находилось под пристальным вниманием человека, и если в древние времена жрецы, шаманы, друиды почитали наше светило божеством (во всех языческих культах были солнечные боги), то сейчас Солнце активно изучается учеными: астрономами, физиками, астрофизиками. Какое строение Солнца, какие его характеристики, его возраст и место расположения в нашей галактике, обо всем этом читайте дальше.

    Расположение Солнца в галактике

    Несмотря на свои огромные размеры относительно нашей планеты (да и других планет) в галактических масштабах Солнце далеко не самая большая звезда, а очень даже маленькая, есть звезды куда больше Солнца. Поэтому астрономы относят наше светило к классу желтых карликов.

    Что же касается расположения Солнца в галактике (как впрочем, и всей нашей солнечной системы), то оно находится в галактике Млечный путь, ближе к краю рукава Ориона. Удаленность от центра галактики составляет 7.5-8.5 тысяч парсеков. Говоря простым языком, мы с вами не то, чтобы находимся на задворках галактики, но и от центра мы тоже сравнительно далеко – такой себе «спальный галактический район», не на окраине, но и не в центре.

    Расположение Солнца

    Вот так выглядит расположение Солнца на галактической карте.

    Характеристики Солнца

    Согласно астрономической классификации небесных объектов Солнце относится к звезде G-класса, оно ярче 85% других звезд галактики, многие из которых являются красными карликами. Диаметр Солнца составляет 696342 км, масса – 1.988 х 1030 кг. Если сравнить Солнце с Землей, то оно крупнее нашей планеты в 109 раз и в 333000 раз массивнее.

    Сравнительные размеры Солнца

    Сравнительные размеры Солнца и планет.

    Хотя Солнце кажется нам желтым, настоящий его цвет – белый. Видимость желтого цвета создается атмосферой светила.

    Температура Солнца составляет 5778 градусов по Кельвину в верхних слоях, но по мере приближения к ядру она возрастает еще больше и ядра Солнца неимоверно жарко – 15.7 млн. градусов по Кельвину

    Также Солнце обладает сильным магнетизмом, на его поверхности имеется северный и южный магнитные полюса, и магнитные линии, которые с периодичностью в 11 лет перенастраиваются. В момент таких перестроек происходят интенсивные солнечные выбросы. Также магнитное поле Солнца оказывает влияние на магнитное поле Земли.

    Структура и состав Солнца

    Наше Солнце в основном состоит из двух элементов: водорода (74,9%) и гелия (23,8%). Помимо них там присутствует в маленьких количествах: кислород (1%), углерод (0.3%), неон (0.2%) и железо (0.2%). Внутри Солнце делится на слои:

    • ядро,
    • радиационная и конвекционная зоны,
    • фотосфера,
    • атмосфера.

    Ядро Солнца обладает наибольшей плотностью и занимает примерно 25% от общего солнечного объема.

    Строение Солнца

    Строение Солнца схематично.

    Именно в солнечном ядре посредством ядерного синтеза, трансформирующего водород в гелий, формируется тепловая энергия. По сути, ядро – это такой себе солнечный мотор, благодаря ему, наше светило выделяет тепло и обогревает всех нас.

    Почему светит Солнце

    Как раз таки свечение Солнца происходит благодаря неустанной работе солнечного ядра, точнее, термоядерной реакции, которая постоянно в нем протекает. Горение Солнца происходит благодаря преобразованию водорода в гелий, это и есть та извечная термоядерная реакция, постоянно питающая наше светило.

    Солнечные пятна

    Да, и на Солнце есть пятна. Солнечные пятна представляют собой более темные области на солнечной поверхности, а более темные они потому, что температура их ниже, чем температура окружающей фотосферы Солнца. Сами солнечные пятна образуются под воздействием магнитных линий и их перенастройки.

    Солнечный ветер

    Солнечный ветер – это непрерывный поток плазмы, идущий от солнечной атмосферы и заполняющий собой всю солнечную систему. Солнечный ветер образуется по причине того, что из-за высокой температуры в солнечной короне, давление вышележащих слоев не может уравновеситься с давлением в самой короне. Поэтому и происходит периодический выброс солнечной плазмы в окружающее пространство. О явлении солнечного ветра на нашем сайте есть целая отдельная статья.

    Солнечное затмение

    Солнечное затмение – это редкое астрономическое явление, при котором Луна собой Солнце, полностью или частично.

    Схематично солнечное затмение выглядит так.

    Солнечное затмение

    Эволюция Солнца и его будущее

    Ученые считают, что возраст нашего светила составляет 4,57 миллиарда лет. В то далекое время оно образовалось из части молекулярного облака, представленного гелием и водородом.

    Как родилось Солнце? Согласно одной из гипотез гелиево-водородное молекулярное облако из-за углового момента запустило вращение и одновременно начало интенсивно нагреваться по мере роста внутреннего давления. При этом большая часть массы сконцентрировалась в центре, и превратилась собственно в Солнце. Сильная гравитация и давление привели к росту тепла и ядерному синтезу, благодаря которому работает, как Солнце, так и другие звезды.

    Эволюция звезды

    Так выглядит эволюция звезды, в том числе и Солнца. Согласно этой схеме в данный момент наше Солнце находится в фазе маленькой звезды, и текущий солнечный возраст составляет середину этой фазе. Примерно через 4 миллиарда лет Солнце превратится в красного гиганта, еще больше расширится и уничтожит Меркурий, Венеру, и возможно нашу Землю. Если же Земля как планета все-таки и уцелеет, то жизнь на ней к тому времени все равно уже будет невозможна. Так как уже через 2 миллиарда лет свечение Солнца увеличится настолько, что все земные океаны попросту выкипят, Земля будет испепелена и превратится в сплошную пустыню, температура на земной поверхности будет составлять 70 С и если будет возможна жизнь, то только глубоко под землей. Поэтому имеем еще примерно миллиард с хвостиком лет, чтобы найти новое убежище для человечества в очень отдаленном будущем.

    Но вернемся к Солнцу, превратившись в красного гиганта, оно пробудет в таком состоянии примерно 120 миллионов лет, затем начнется процесс уменьшения его размера и температуры. И когда остатки гелия в его ядре будут сожжены в постоянной топке термоядерных реакций, Солнце потеряет свою стабильность и взорвется, превратившись в планетарную туманность. Земля на этой стадии, как впрочем, и соседний Марс, с большой вероятностью будут уничтожены солнечным взрывом.

    Еще через 500 миллионов лет из солнечной туманности образуется белый карлик, который просуществует еще триллионы лет.

    Интересные факты о Солнце

    • Внутри Солнца можно поместить миллион Земель или планет, размером с нашу.
    • По форме Солнце образует практически идеальную сферу.
    • 8 минут и 20 секунд – именно за такое время солнечный луч добирается к нам из своего источника, при том, что Земля отдалена от Солнца на 150 млн. км.
    • Само слово «Солнце» происходит от древнеанглийского слова, означающее «юг» – «South».
    • И у нас для вас плохие новости, в будущем Солнце испепелит Землю, а потом и вовсе уничтожит. Произойдет это однако не раньше чем через 2 миллиарда лет.

    Солнце, видео

    И в завершение интересный научный документальный фильм от канала Discovery – «Что скрывает Солнце».


    Эволюция звезды

    Автор: Павел Чайка, главный редактор журнала Познавайка

    При написании статьи старался сделать ее максимально интересной, полезной и качественной. Буду благодарен за любую обратную связь и конструктивную критику в виде комментариев к статье. Также Ваше пожелание/вопрос/предложение можете написать на мою почту [email protected] или в Фейсбук, с уважением автор.

    Эта статья доступна на английском языке – The Sun – Unique Star.

    описание звезды и интересные факты

    Солнечная система > Солнце 

    Исследование | Фотографии

    Солнце

    Солнце – единственная звезда Солнечной системы: описание и характеристика с фото, интересные факты, состав и структура, расположение в галактике, развитие.

    Солнце выступает центром и источником жизни для нашей Солнечной системы. Звезда относится к классу желтых карликов и занимает 99.86% всей массы нашей системы, а гравитация по силе преобладает над всеми небесными телами. В древности люди сразу поняли, какое значение имеет Солнце для земной жизни, поэтому упоминание о яркой звезде встречается в самых первых текстах и наскальных рисунках. Это было центральное божество, правящее над всеми.

    Интересные факты о Солнце

    Давайте изучим самые интересные факты о Солнца — единственной звезде Солнечной системы.

    Внутри поместится миллион Земель

    • Если мы заполняем нашу звезду Солнце, то внутри поместится 960000 Земель. Но если их сжать и лишить свободного пространства, то количество увеличится до 1300000. Поверхностная площадь Солнца в 11990 раз больше земной.

    Вмещает 99.86% массы системы

    • По массе превосходит земную в 330000 раз. Примерно ¾ отведено на водород, а остальное – гелий.

    Почти идеальная сфера

    • Разница между экваториальным и полярным диаметрами Солнца составляет всего 10 км. А значит, перед нами одно из наиболее приближенных к сфере небесных тел.

    Температура в центре поднимается до 15 млн. °C

    • В ядре Солнца такая температура возможна благодаря синтезу, где водород трансформируется в гелий. Обычно горячие объекты поддаются расширению, поэтому наша звезда могла бы взорваться, но удерживается мощной гравитацией. При этом температура поверхности Солнца равна «всего» 5780 °C.

    Однажды Солнце поглотит Землю

    • Когда Солнце израсходует весь водородный запас (130 млн. лет), то перейдет к гелию. Это заставит ее увеличиваться в размерах и поглощать первые три планеты. Это этап красного гиганта.

    Однажды достигнет земного размера

    • После красного гиганта оно рухнет и оставит сжатую массу в шарике земного размера. Это стадия белого карлика.

    Солнечный луч добирается к нам за 8 минут

    • Земля отдалена от Солнца на 150 млн. км. Скорость света – 300000 км/с, поэтому лучу требуется 8 минут и 20 секунд. Но важно также понимать, что ушли миллионы лет, прежде чем фотоны света перешли с солнечного ядра на поверхность.

    Скорость движения Солнца – 220 км/с

    • Солнце отдалено от галактического центра на 24000-26000 световых лет. Поэтому на орбитальный путь тратит 225-250 млн. лет.

    Дистанция Земля-Солнце меняется в течение года

    • Земля движется по эллиптическому орбитальному пути, поэтому удаленность составляет 147-152 млн. км (астрономическая единица).

    Это звезда со средним возрастом

    • Возраст Солнца – 4.5 млрд. лет, а значит оно уже сожгло примерно половину водородного запаса. Но процесс будет продолжаться еще 5 млрд. лет.

    Наблюдается мощное магнитное поле

    • Солнечные вспышки выделяются в период магнитных бурь. Мы видим это в качестве формирования солнечных пятен, где скручиваются магнитные линии и вращаются словно земные торнадо.

    Звезда формирует солнечный ветер

    • Солнечный ветер представляет собою поток заряженных частичек, проходящих сквозь всю Солнечную систему на ускорении в 450 км/с. Ветер появляется там, где распространяется магнитное поле Солнца.

    Наименование Солнца

    • Само слово произошло от древнеаглийского, обозначающего «юг». Есть также готические и германские корни. До 700 года н.э. воскресенье называли «солнечный день». Свою роль сыграл и перевод. Изначальное греческое «heméra helíou» перешло в латинское «dies solis».

    Характеристики Солнца

    Сравнительные размеры Солнца и планет Солнечной системы. Расстояние между объектами на соблюдено

    Сравнительные размеры Солнца и планет Солнечной системы. Расстояние между объектами на соблюдено

    Солнце — звезда главной последовательности G-типа с абсолютной величиной 4.83, что ярче примерно 85% других звезд в галактике, многие из которых выступают красными карликами. При диаметре 696342 км и массе – 1.988 х 1030 кг Солнце в 109 раз крупнее Земли и в 333000 раз массивнее.

    Это звезда, поэтому плотность меняется в зависимости от слоя. Средний показатель достигает 1.408 г/см3. Но ближе к ядру увеличивается до 162.2 г/см3, что в 12.4 раз превосходит земную.

    В небе кажется желтым, но истинный цвет – белый. Видимость создается атмосферой. Температура возрастает с приближенностью к центру. Ядро нагревается до 15.7 млн. К, корона – 5 млн. К, а видимая поверхность – 5778 К.

    Физические характеристики Солнца

    Средний диаметр 1,392·109 м
    Экваториальный

    радиус

    6,9551·108 м
    Длина окружности экватора 4,370·109м
    Полярное сжатие 9·10−6
    Площадь поверхности 6,078·10

    «Когда потухнет солнце?» – Яндекс.Кью

    Общий возраст Вселенной — около 10 млрд лет, а нашему Солнцу — 4,5 млрд лет. Через примерно 5 млрд лет Солнце превратится в мертвую звезду — белый карлик. Вот как это произойдет.

    В основном Солнце состоит из водорода (около 73%) и гелия (около 25%), на долю других элементов приходится примерно 2%. На данном этапе эволюции Солнца в его ядре происходят ядерные реакции синтеза: выгорание водорода и превращение его в гелий. После того как в ядре Солнца выгорит весь водород, его горение будет продолжаться в перемещающемся наружу слое. При этом радиус Солнца будет увеличиваться, и Солнце превратится в звезду под названием красный гигант — огромный яркий шар.

    Затем Солнце станет крупнее во много раз и расширится примерно до орбиты Венеры. После полного выгорания водорода и гелия в ядре Солнце пройдет через стадию состояний, когда прекращаются ядерные реакции. В итоге оно превратится в звезду под названием белый карлик, который представляет собой плотную и мертвую звезду с радиусом примерно в 100 раз меньше радиуса сегодняшнего Солнца, а его светимость будет в 100–1000 раз меньше. Таким образом, постепенно Солнце закончит свое существование примерно через 5 млрд лет.

    Чтобы подсчитать время жизни Солнца, астрономы учли массу Солнца, скорости реакций и выделения ядерной энергии и определили, на сколько хватит солнечного топлива и массы при этой скорости выделения энергии.

    Для планет Солнечной системы все это означает, что на стадии красного гиганта Солнце расширится и поглотит Меркурий и Венеру, а раскаленная атмосфера красного гиганта поглотит Землю. Расширение Солнца не дойдет до Марса, и, возможно, там могут появиться условия, пригодные для жизни. В итоге на стадии белого карлика вокруг маленького Солнца будут вращаться останки уцелевших планет: Марса, Юпитера и Сатурна, которые будут сильно изменены во время фазы красного гиганта. А когда Солнце погаснет, Солнечная система будет представлять собой холодные планеты, вращающиеся вокруг маленькой холодной звезды.




    Отправить ответ

    avatar
      Подписаться  
    Уведомление о