Солнце как работает: Ученые смогли полностью объяснить, как работает Солнце
Ученые смогли полностью объяснить, как работает Солнце
Физики нанесли последний недостающий штрих на картину того, как работает ядерный синтез в Солнце, благодаря которому Земля получает тепло и свет, уловив неуловимые нейтрино, исходящие из ядра нашей звезды.
Это открытие подтверждает давние теоретические предсказания о том, что некоторая часть солнечной энергии создается цепью реакций с участием ядер углерода и азота. Большую часть энергии — а именно около 99% — Солнце получает путем протон-протонного цикла. Этот процесс сплавляет четыре протона вместе в ядро гелия, высвобождая два нейтрино — самые легкие из известных элементарных частиц материи — а также другие субатомные частицы и большое количество энергии.
Но также считалось, что около 1% энергии Солнце получает путем углерод-азотного синтеза (он же CNO-цикл). Этот сценарий является доминирующим в очень тяжелых звездах, достаточно горячих, чтобы вовлечь в синтез атомы углерода, азота и кислорода. Этот процесс также должен порождать нейтрино, однако до сих пор физики находили лишь те из них, которые были рождены путем протон-протонного цикла.
Теперь все изменилось — ученые смогли обнаружить нейтрино, порожденные CNO-циклом. «Интеллектуально прекрасно на самом деле подтвердить одно из фундаментальных предсказаний теории звездной структуры», — говорит Марк Пинсонно, астрофизик из Университета штата Огайо в Колумбусе.
CNO-цикл.
Такие результаты были получены в рамках подземного эксперимента Borexino в центральной Италии и представлены на виртуальной конференции Neutrino 2020. Установка ранее уже произвела первые прямые обнаружения нейтрино, полученных путем протон-протонного цикла, который объясняет большую часть ядерного синтеза в Солнце, и теперь наконец-то было найдено последнее недостающее звено. «Благодаря этому результату Borexino полностью раскрыл два процесса, заставляющих Солнце работать», — сказал сопредседатель Borexino Джоаккино Рануччи, физик из Миланского университета в Италии, который представил результаты на конференции.
Эти результаты являются заключительной вехой для Borexino, который все еще принимает новые данные, но теперь скорее всего обречен на закрытие в течение года. «Мы закончили на ура», — говорит Марко Паллавичини из Университета Генуи, Италия, другой сопредседатель эксперимента.
Огромная сфера-детектор
Эксперимент Borexino по солнечным нейтрино занимает огромный зал в скальном массиве на глубине более 1 километра под Национальной лаборатории Гран Сассо, Италия, где он проводится с 2007 года. Детектор состоит из гигантской нейлоновой сферы, заполненной 278 тоннами жидких углеводородов и погруженной в воду. Нейтрино крайне слабо взаимодействуют с веществом — из более чем десяти миллиардов, пролетающих через каждый квадратный сантиметр поверхности Земли в секунду, лишь несколько десятков в день отскакивает от электронов в углеводородах, создавая вспышки света, которые улавливаются тысячами фотонных датчиков, находящихся по краям резервуара.
Так выглядит детектор, используемый в эксперименте Borexino.
Хотя загрязнение существует в чрезвычайно низких концентрациях — самое большее несколько десятков ядер висмута распадаются в день внутри сферы — отделение солнечных нейтрино от висмутового шума потребовало кропотливых усилий, которые начались в 2014 году. Висмут-210 нельзя было убрать из оболочки огромной сферы, поэтому целью было замедлить скорость, с которой этот элемент просачивается в середину детектора, игнорируя при этом любые сигналы с внешнего края. Чтобы сделать это, команде пришлось контролировать любые температурные дисбалансы по всему резервуару, которые в противном случае могли бы привести к конвекции и быстрому перемешиванию его содержимого. «Жидкость должна быть чрезвычайно неподвижной, перемещаясь самое большее на несколько десятых сантиметра в месяц», — говорит Паллавичини.
Чтобы поддерживать постоянную равномерную температуру углеводородов, они закутали весь резервуар в изоляционное одеяло и установили теплообменники, чтобы автоматически уравновешивать температуру во всем резервуаре. Потом они стали ждать. Только в 2019 году шум от радиоактивного висмута стал достаточно слабым, чтобы выделить сигнал от солнечных нейтрино. К началу 2020 года исследователи собрали достаточно частиц, чтобы заявить об обнаружения нейтрино, рожденных путем CNO-цикла.
«Это первое прямое доказательство того, что сжигание водорода путем CNO-синтеза действительно происходит в звездах», — говорит Альдо Серенелли, астрофизик из Института космических наук в Барселоне, Испания. «Так что это действительно удивительно».
Предположения о солнечной поверхности
Помимо подтверждения теоретических предсказаний о том, каким способом Солнце получает энергию, обнаружение CNO-нейтрино также может пролить свет на структуру ядра нашей звезды — в частности, на концентрацию элементов, которые астрофизики называют металлами (все, что тяжелее водорода и гелия).
Количество нейтрино, наблюдаемых Borexino, похоже, ближе к классическим моделям, в которых ядро Солнца имеет схожую «металличность» со своей поверхностью. Но более современные исследования начали подвергать сомнению это предположение, говорит Серенелли.
Эти работы показывают, что металличность ядра все же ниже. А поскольку именно металлы регулируют скорость распространения тепла от ядра Солнца, это означает, что ядро немного холоднее, чем предполагали предыдущие оценки. Производство нейтрино чрезвычайно чувствительно к температуре, и всевозможные нейтрино из различных синтезов, наблюдаемые в эксперименте Borexino, дают значения металличности ближе к тем, которые получаются в классических моделях, а не новых, говорит Серенелли.
В качестве возможного объяснения он и другие астрофизики предположили, что ядро имеет более высокую металличность, чем внешние слои. Его состав мог бы рассказать больше о ранних стадиях жизни Солнца, до того, как образование планет удалило некоторые металлы, которые накапливались на поверхности молодой звезды.
iGuides в Яндекс.Дзен — zen.yandex.ru/iguides.ru
Что такое Солнце на самом деле?
Стартовавшая в этом году издательская программа Политеха — еще один из множества просветительских проектов музея, цель которого — поддержка самых качественных научно—популярных книг.
Солнце — это звезда. Она ничем не отличается от многих других, просто наша планета расположена к ней очень близко, поэтому нам она кажется больше и ярче остальных. По той же причине Солнце, в отличие от других звезд, дает тепло, вредит глазам, если смотреть прямо на него, и обжигает кожу, если мы слишком долго загораем. Оно к нам не просто немного ближе — оно гораздо ближе. Нелегко осознать, насколько далеки звезды и насколько огромен космос. Вернее, это не только сложно, это практически невозможно.
Есть чудесная книга Джона Кэссиди «В поисках Земли», где он пытается это понять, используя модель другого масштаба.
1. Выйди на большое поле и положи на землю футбольный мяч. Это будет Солнце.
2. Отойди от него на 25 метров и положи на траву перечное зернышко — Землю.
3. В том же масштабе Луна будет булавочной головкой в 5 сантиметрах от зернышка.
4. Ближайшая к нам звезда, Проксима Центавра, будет другим футбольным мячом (чуть меньше размером), расположенным в… погоди-ка… 6 500 километрах!
Возможно, вокруг Проксимы Центавра, как и вокруг большинства звезд, вращаются планеты. И расстояние от звезды до планеты обычно очень мало по сравнению с дистанцией до соседней звезды.
Как устроены звезды
Разница между звездой (например, Солнцем) и планетой (например, Марсом или Юпитером) состоит в том, что звезды яркие, горячие и испускают собственный свет, планеты же сравнительно холоднее, и мы их видим только за счет отраженного света ближайшей звезды, вокруг которой они вращаются. Отсюда, надо сказать, и разница в размере. Вот почему.
Чем больше размер объекта, тем сильнее гравитация притягивает все к его центру. Все притягивается ко всему. Даже мы с тобой испытываем друг к другу силу притяжения. Но сила незаметно мала, пока мы не рассматриваем большие тела. Земля — большая, и нас к ней притягивает, а когда мы что-то роняем, это что-то падает вниз, то есть к центру Земли.
Звезда намного больше такой планеты, как Земля, и ее гравитация значительно сильнее. Внутри крупной звезды огромное давление, потому что гравитация стягивает все вещество звезды в ее центр. Чем больше давление в звезде, тем выше в ней температура. Когда температура достигает очень высоких значений, больших, чем нам с тобой дано представить, звезда ведет себя как водородная бомба замедленного действия и производит огромные количества тепла и света, благодаря чему мы видим ее сияние на ночном небе. Из-за сильного нагрева звезда раздувается, как воздушный шарик, но в то же время гравитация сжимает ее обратно. Устанавливается равновесие между расширяющим давлением от нагрева и сжимающей силой гравитации. Звезда работает как термостат. Чем горячей она становится, тем больше расширяется, а когда концентрация массы вещества в центре уменьшается, тогда звезда немного охлаждается. От этого она сжимается, нагревается и так далее. Из моих объяснений вроде бы выходит, что звезда пульсирует, как бьющееся сердце, но это не так. Она находится в промежуточном состоянии, поддерживающем в ней температуру, оптимальную для ее существования.
Для начала скажу, что Солнце похоже на многие звезды, но размеры их бывают самые разные. Наше Солнце (на картинке внизу) не очень крупное по сравнению с прочими звездами. Оно чуть больше Проксимы Центавра, но гораздо меньше многих других звезд.
Какая из известных нам звезд самая большая? Зависит от того, как измерять. Самая большая в поперечнике — VY Большого Пса. Ее диаметр в две тысячи раз больше, чем у Солнца. А диаметр Солнца в 100 раз больше, чем у Земли. Как бы то ни было, VY Большого Пса настолько легкая и рыхлая, что, несмотря на размер, ее масса всего в 30 раз больше Солнца, а не в миллиарды раз, как было бы, если бы ее плотность оказалась такой же. Другие звезды, скажем звезда Пистолет и позднее обнаруженные Эта Киля и R136a1 (не очень запоминающееся название), в 100 раз тяжелее Солнца, а иногда и больше, чем в 100 раз. Масса Солнца в 300 тысяч раз больше массы Земли, тогда получаем, что масса Эты Киля в 30 миллионов раз больше земной.
Если бы вокруг такой гигантской звезды, как R136a1, вращались планеты, то они были бы очень далеко от нее, иначе обратились бы в пар. Ее гравитация настолько сильна (из-за гигантской массы), что планеты действительно могут находиться на огромном расстоянии и тем не менее вращаться вокруг нее. Если и существует подобная планета и кто-нибудь на ней живет, то ее обитателям R136a1 кажется не больше, чем нам — Солнце, потому что хоть она крупнее, она и дальше расположена — так далеко, чтобы поддерживать жизнь, иначе планета была бы необитаемой!
Жизнь звезды
На самом деле вряд ли вокруг R136a1 вращаются какие-либо планеты, тем более обитаемые. Причина в том, что гигантские звезды живут совсем недолго. R136a1 всего миллион лет — одна тысячная возраста Солнца, и жизнь не успеет эволюционировать за столь короткий срок.
Солнце — звезда поменьше и более распространенного типа. Такие звезды живут не миллионы, а миллиарды лет, в течение которых они преодолевают определенные этапы роста — так человек из ребенка вырастает в подростка, потом становится человеком средних лет, постепенно стареет и в конце концов умирает. Большинство звезд состоят из водорода — самого простого элемента (см. главу 4). Внутри звезды «водородная бомба замедленного действия» превращает водород в гелий (вот и еще одно слово, произошедшее от имени греческого бога солнца Гелиоса), второй по простоте элемент, выделяя при этом огромное количество энергии в форме тепла, света и других видов излучения. Помнишь, я говорил о том, что размер звезды — это равновесие между расширяющей силой тепла и сжимающей силой притяжения? Постоянно поддерживаемое равновесие позволяет звезде кипеть несколько миллиардов лет, пока у нее не закончится топливо. После чего звезда схлопывается в саму себя под действием безудержной гравитации, и в какой-то момент все взрывается к чертям (сложно придумать более подходящее место для чертей, чем внутренности звезды).
Жизнь звезды слишком длинна, и астрономы могут наблюдать лишь ее маленький фрагмент. К счастью, наблюдая за небом в телескопы, ученые видят самые разные звезды, и каждая из них — на своем этапе развития. «Звезды-дети» формируются из облаков газа и пыли, как и наше Солнце четыре с половиной миллиарда лет назад, есть множество звезд «средних лет», как Солнце, встречаются и старые или умирающие звезды, предсказывающие, что случится с Солнцем через несколько миллиардов лет. Астрономы собрали богатейшие «коллекции» звезд — разных размеров и находящихся на разных этапах их жизненного цикла. Каждый экземпляр в «коллекции» демонстрирует, что было или что будет с любыми другим экземпляром.
Обычная звезда вроде Солнца, как я уже упоминал, расходует весь водород, после чего начинает «сжигать» вместо него гелий. На этой стадии она называется красным гигантом. Солнце станет красным гигантом через пять миллиардов лет, значит, сейчас оно находится в середине своего цикла. Задолго до этого момента наша несчастная планета станет слишком горячей и непригодной для жизни. Через два миллиарда лет Солнце будет на 15 процентов ярче, чем сейчас, то есть Земля ничем не будет отличаться от современной Венеры. На Венере нет жизни: температура там достигает 400 градусов Цельсия. Но два миллиарда лет — большой срок, и скорее всего задолго до коллапса человечество вымрет, и некому будет поджариваться. Или, возможно, технологии разовьются до такой степени, что Землю передвинут на более комфортную орбиту. После того как закончится и гелий, Солнце практически исчезнет в облаке пыли и космического мусора, оставив после себя холодное и тусклое крошечное ядро, которое называют белым карликом.
Солнце может ударить по здоровью людей и лишить Землю энергосистемы
Много ли в последние дни среди ваших близких и знакомых, кто жаловался на головные боли или, например, скачущее давление? Возможно, их недомогание было связано с очередным (еще каким!) взрывом на Солнце. Так что же от этого всем нам, землянам?
Заподозрить Солнце в какой-то активности в Москве, да и в большинстве городов нашей страны, довольно сложно. Но ведь ученые следят не только за земным, но и за космической погодой. И пока у нас низкая облачность, на Солнце сильный ветер и яркие вспышки, особенно эта.
Вот эта вспышка в ультрафиолетовом диапазоне зафиксирована 29 ноября. Похоже это на всплеск. Важно понимать, что Земля по сравнения с ним меньше песчинки. За последнее время это сильнейшая вспышка на поверхности светила, она стала началом нового 25-го цикла солнечной активности, до этого наша звезда несколько лет отдыхала.
«Вспышки – это взрыв мощностью примерно миллиард водородных бомб», – пояснил Сергей Богачев, главный научный сотрудник лаборатории «Рентгеновская астрономия Солнца» ФИАН.
Нас отделяют 150 миллионов километров. Но для солнечной энергии этот путь – ничто.
«Радиационные потоки частиц выводят из строя космические аппараты, и если на пути этих потоков частиц, которые сейчас блокируются атмосферой Земли, окажется человек без защиты, это все несовместимо с жизнью», – сказал Сергей Богачев.
Геомагнитные бури – это когда солнечная энергия после очередной вспышки сталкивается с магнитным полем Земли – влияют на здоровье людей –доказанный факт.
«Находят статистическую связь между, например, вспышками и магнитными бурями, сердечными приступами, инсультами и инфарктами», – пояснил Юрий Фурсяк, научный сотрудник отдела физики солнца и солнечной системы Крымской астрофизической лаборатории.
Пока магнитное поле нашу планету надежно защищает, но при столкновении с потоками солнечной плазмы оно иногда начинает как бы фонить.
«Самая большая вспышка, которая была зарегистрирована, произошла в 1859 году, когда еще практически не было никаких устройств. Но был телеграф, и он вышел из строя тогда», – рассказал Андрей Шрамко, научный сотрудник астрономической станции, кандидат физико-математических наук.
Старейшая наблюдательная площадка в горах Карачаево-Черкесии. Некоторые приборы здесь – с 1948 года. Но в умелых руках все работает. Фиолетовый диск – это солнце, маленькая черная точка – вспышка.
«Если это будет очень мощная вспышка, магнитное поле Земли не сможет нас защитить. Мы можем потерять всю энергосистему», – говорят ученые.
Это самый негативный сценарий. Есть теория, что циклы солнечной активности влияют также изменения климата, на ход истории. Уфологи обычно говорят, что вспышки провоцируют инопланетяне. Но основной удар приходится пока по спутникам и исследовательским аппаратам на околоземной орбите. После каждой вспышки что-то выходит из строя.
«В 2005 году на 10 минут вышла из строя спутниковая сеть GPS, Этой системой пользуются и самолеты и корабли», – сказал Юрий Фурсяк.
Вспышки на Солнце увидеть невооруженным глазом невозможно, в земные телескопы их тоже как следует не рассмотреть. Солнечную активность фиксируют космические обсерватории. Прототип российского прибора – это часть телескопа, который отправится в космос следить за звездами в 2025 году. Такие аппараты обязательно проверяют на прочность.
«Трясли очень сильно, жалко было прибор, если честно. Запускали нагреватели, мерили температуру термодатчиками. Как мы видим, он все выдержал, он цел, он не поврежден», – отметил Сергей Богачев.
Физики из Института Уэльса предложили включить солнечные бури в метеопрогнозы.
«Несколько научных институтов Великобритании уже работают над созданием программного обеспечения для метеорологов, чтобы в будущем они могли учитывать в своих прогнозах солнечные бури», – подчеркнул Хью Морган, доктор физических наук, сотрудник Университета Аберистуита в Уэльсе.
Самое сложное – научится предсказывать эти бури. Над созданием такой системы в Крымской обсерватории начали работать еще в советское время.
«Точность прогноза иногда превышала 80%, и за десятилетия какого-то прорыва ничего не изменилось ни у нас, ни где-либо за рубежом», – отметил Юрий Фурсяк.
Для освоения человеком дальнего космоса этого явно недостаточно. Пока мы можем слетать до Луны и обратно, и то сильно рискуя.
«Одна из лунных экспедиций НАСА разминулась с крупной солнечной вспышкой буквально на несколько дней. Если бы экспедиция была на Луне в момент этой вспышки, скорее всего, это реально могло бы закончиться трагически для экспедиции», – сказал Сергей Богачев.
Ветер дует в сторону Венеры. Солнце пока не активно. Примерно так, наверное, будет выглядеть прогноз погоды для космонавта в будущем, который, проснувшись утром, собирается лететь, допустим, на Марс.
Солнце работает на нас | Программа повышения конкурентоспособности ТГУ
Сотрудники «Отдела новых материалов» Томского государственного университета совместно с коллегами РАН создают новый вид солнечных батарей на основе ячеек Гретцеля. Основой для них служат оксидные наноматериалы и их композиции. Растворы, из которых получают оксидные композиции можно нанести на любой гибкий носитель: тонкое стекло, ткань, металлические и полимерные материалы. После запекания на поверхности носителя образуется тончайшее композитное покрытие, обладающее способностью преобразовывать солнечный свет в электроэнергию.
— Применять нашу технологию можно в разных сферах: быту, сельском хозяйстве, оборонной промышленности и т.д. — рассказывает руководитель лаборатории «Полифункциональные материалы» профессор, д.т.н. Людмила Борило. – Например, гибкие солнечные батареи можно взять с собой в поход, использовать их для подзарядки ноутбука или мобильного телефона. Такой источник электроэнергии удобен в транспортировке, его можно свернуть в рулон и положить в рюкзак. Другой перспективный вариант – создание ткани, обладающей способностью генерировать тепло из солнечного света. Одежда из нее будет легкой, но вместе с тем очень теплой. Это оптимальный вариант для людей, которые работают в Арктике, либо на Севере в суровых климатических условиях.
Технически сложность создания такой ткани заключается только в одном, что нужно разработать низкотемпературный метод получения наночастиц оксидов и их композиций, чтобы наночастицы при запекании надежно закрепились в структуре материала и не вымывались из нее при стирке и в процессе эксплуатации.
Особенность солнечных батарей, создаваемых в ТГУ, заключается в том, что они, в отличие от своих кремниевых «собратьев», значительно легче и дешевле. Еще одним серьезным преимуществом является способность сенсибилизированных солнечных элементов генерировать электроэнергию даже в пасмурную погоду. Что очень актуально в климатических условиях Сибири, где ясных солнечных дней крайне мало.
Для справки:
Ячейка Гретцеля представляет собой третье поколение фотоэлектрических технологий. Изготавливается из дешевых материалов и не нуждается в сложном оборудовании. За это изобретение автор Михаэль Гретцель получил техническую премию тысячелетия.
Сотрудники отдела«Новые материалы электротехнической и химической промышленности» создают полифункциональные материалы и работают на стыке нескольких наук: химии, физики и биологии. В копилке отдела масса самых разных изобретений от медицины, электроники и светотехники, эффективных катализаторов, строительных материалов нового поколения, до солнечной энергетики.
10 идей для отдыха — VisitFinland.com
Полярный день: 10 идей для отдыха
Лето в Финляндии – самое захватывающее время года. Тот, кто рискнет летом поехать на север за Полярный круг, с удивлением обнаружит, что там на протяжении целых двух месяцев солнце не заходит за горизонт и сияет на небе практически все 24 часа в сутки. Впрочем, в июне-июле красотой летних белых ночей можно восхититься и в более южных регионах страны.
Причиной этого природного феномена, известного как полуночное солнце или полярный день, является существующий наклон плоскости экватора Земли к плоскости эклиптики, то есть к плоскости вращения Земли вокруг Солнца. В результате этого на Северном и Южном полюсах летом солнце не заходит, а зимой не восходит. Чем ближе к Северному полярному кругу, тем дольше солнце остается над горизонтом, соответственно, тем длиннее полярный день. В самых северных регионах Финляндии феномен полуночного солнца можно наблюдать с мая по август.
Согласитесь, глупо отправляться спать, если ночью на улице светло, как днем. Сама природа дарит нам огромное количество дополнительного времени, когда можно заняться тем, на что катастрофически не хватало времени днем. Это самый невероятный подарок, который получает каждый из нас из-за таинственного наклона плоскости экватора. Красно-желтый диск полуночного солнца на летнем небе добавляет магии в привычный финский пейзаж, и все вокруг словно купается в лучах невероятно теплого и яркого света.
Вы спрашиваете, чем можно заняться этими долгими летними белыми ночами в Финляндии?
Смотрите фотографии и выбирайте!
О Финляндии
Что может быть интереснее контрастов, таких как четыре времени года, сияние полярного дня и темнота полярной ночи, городской шум и сельская идиллия, Восток и Запад.
О ФинляндииНаука — Над технологией получения водорода из солнечного света работают новосибирские учёные
Можно ли заработать на солнце? Вполне, подтверждают исследования новосибирских химиков. Учёные работают над технологией, позволяющей получить водород с использованием солнечного света. А водород, как известно, один из самых перспективных энергоносителей и главное ─ экологичных. Поддержка президентским грантом подчёркивает важность работы для будущего российской промышленности.
Солнце, по меркам человеческой жизни, ─ вечный источник энергии. Превратить его свет в электричество или тепло можно с помощью солнечных батарей, о которых многое известно, или фотокатализаторов. Это направление новое и, уверяют учёные, очень перспективное.
«Суспензия, содержащая катализатор, активируется под действием излучения, и благодаря этому сочетанию происходит выделение водорода», ─ поясняет магистрант НГУ Ксения Потапенко.
Фотокатализатор, над формулой которого работают новосибирские химики, ─ смесь сульфида кадмия с марганцом. Это вещество в реакции играет главную роль. Чтобы действовать, катализатору необходим лишь солнечный свет. В результате химического преобразования и выделяется водород.
«Главным показателем процесса является квантовая эффективность. То есть, сколько квантов света было поглощено, и сколько молекул водорода мы получили взамен. Квантовая эффективность достигает 25-30% ─ это высокий показатель», ─ пояснила ведущий научный сотрудник Института катализа СО РАН Екатерина Козлова.
Чем больше водорода выделяется, тем лучше. Это один из самых эффективных в мире энергоносителей ─ универсальный и экологически чистый. Водородная энергетика ─ альтернатива углеводородной, которая не в самом далёком будущем, считают учёные, себя исчерпает. Поиск дешёвых и безопасных способов получения водорода ─ то, что нужно делать сегодня.
«В настоящее время это не экологически чистый процесс: побочные продукты загрязняют атмосферу. А фотокатализ предлагает способ получения высокочистого водорода. Таким образом, это снизит нагрузку на экологию», ─ изложила аспирант Института катализа СО РАН Анна Куренкова.
Ещё одна задача, которую решает данное исследование, ─ преобразование углекислого газа в ценные органические вещества, необходимые химической промышленности. Кроме того, данная технология в перспективе позволила бы уменьшить концентрацию углекислого газа в атмосфере.
Итогом президентского гранта должна стать готовая технология. В будущем её можно применить для выработки тепла и электричества. В первую очередь учёные рассчитывают на интерес промышленных предприятий к их исследованиям. Разработка сибиряков позволит не только экономить, но и внесёт значительный вклад в защиту окружающей среды.
теплоснабжающая организация «ИКС» работает в режиме повышенной готовности
11 февр. 2021 г., 14:17
Губернатор Московской области Андрей Воробьев поручил блоку ЖКХ регионального правительства и главам муниципалитетов мобилизовать силы, чтобы жители Подмосковья могли радоваться морозной зиме
Максим Лебедев
В Московской области объявлен «оранжевый» уровень погодной опасности. Температура может опуститься до –32 градусов, а 12 февраля прогнозируют сильную метель. Подмосковные энергетики на время сильных морозов приостановили плановые работы. В режиме повышенной готовности работают организации, обеспечивающие муниципалитеты теплом. В нашем округе единой теплоснабжающей организацией выступает ООО «Интеллектуальные коммунальные системы Орехово-Зуево». С первого февраля ремонтные базы компании «ИКС» находятся в трех городах: Орехово-Зуеве, Ликино-Дулеве и Куровском. Каждая обслуживает соответствующий «куст». О проблемах с отоплением можно сообщить:
- по телефону единой диспетчерской службы: +7 (496) 413-85-55;
- телефонам компаний, обслуживающих многоквартирные дома;
- единому номеру 112;
- через социальные сети главы Орехово-Зуевского городского округа Геннадия Панина: ВКонтакте, Инстаграм.
Максим Лебедев
Ранее «Интеллектуальные коммунальные системы Орехово-Зуево» представили план модернизации теплоснабжающей инфраструктуры округа. В планах строительство 28 блочно-модульных котельных, центрального теплового пункта и 14 557 метров тепловых сетей, реконструкция и модернизация 19 котельных, техническое перевооружение пяти центральных тепловых узлов, реконструкция 9 935 метров сетей.
Компания «ИКС» обслуживает 71 котельную, 49 ЦТП и 357 километров сетей.
Источник: http://inorehovo.ru/novosti/zhkh/moroz-i-solnce-teplosnabzhayushchaya-organizaciya-iks-rabotaet-v-rezhime-povyshennoy-gotovnosti
Как работает Солнце?
Небесное чудо, Солнце — массивная звезда, образовавшаяся в результате массивного гравитационного коллапса, когда космическая пыль и газ туманности столкнулись, превратившись в шар, который в 100 раз больше и весит более чем в 300 000 раз больше планеты Земля. Состоящее на 70 процентов из водорода и примерно на 28 процентов из гелия (плюс другие газы), Солнце является центром нашей солнечной системы и самым большим небесным телом рядом с нами.
«Поверхность Солнца представляет собой плотный слой плазмы с температурой 5800 градусов Кельвина, который постоянно находится в движении под действием конвективных движений, вызванных нагревом снизу», — говорит Дэвид Александер, профессор физики и астрономии из Райса. Университет.«Эти конвективные движения проявляются как распределение так называемых грануляционных ячеек размером около 1000 км в поперечнике, которые появляются по всей поверхности Солнца».
Внутри Солнца
По сути, это постоянное движение высокой температуры вызывает ядерную реакцию. В ядре Солнца водород превращается в гелий и вызывает термоядерный синтез, который движется к поверхности Солнца, уходя в космос в виде электромагнитного излучения, ослепляющего света и невероятных уровней солнечного тепла.Фактически, ядро Солнца на самом деле горячее, чем поверхность, но когда термоядерный синтез выходит за пределы поверхности, температура повышается до более чем 1-2 миллионов градусов. Александр объяснил, что астрономы не до конца понимают, почему атмосфера Солнца такая горячая, но думают, что это как-то связано с магнитным полем.
Узнайте больше о том, как Солнце создает тепловую и световую энергию, посмотрев наше видео ниже…
Что такое солнечная вспышка?
Солнечная вспышка
Солнечная вспышка подобна мощному взрыву, температура которого достигает нескольких миллионов градусов.«Солнечная вспышка — это быстрое высвобождение энергии в солнечной атмосфере (в основном в хромосфере и короне), приводящее к локальному нагреву плазмы до десятков миллионов градусов, ускорению электронов и протонов до высоких энергий, некоторые из которых близки к скорости света. и выброс материала в космос », — говорит Александр. «Эти электромагнитные возмущения здесь, на Земле, представляют потенциальную опасность для спутников, находящихся на околоземной орбите, космических астронавтов, экипажей высотных космических кораблей и электрических сетей на Земле.”
Что такое солнечное пятно?
Солнечное пятно
Далеко под поверхностью Солнца, рядом с ядром, сильное магнитное поле — сила, создаваемая высокой температурой ядра Солнца и ядерным синтезом — испускает солнечное пятно, которое выглядит как черная точка на Солнце, потому что оно примерно На 1000 градусов ниже температуры поверхности. Интересно, что пятно также вызывает магнитное поле, необходимое для солнечных вспышек и CME. «КВМ (выброс корональной массы) — это дополнительное явление, которое является отдельным, но часто сопровождает самые большие вспышки», — говорит Александер, объясняя, как плазма от КВМ выбрасывается из Солнца со скоростью более 1 миллиона миль в час.
Узнайте больше об удивительных фактах о космосе в последнем выпуске журнала How It Works . Его можно приобрести во всех хороших розничных магазинах, или вы можете заказать его в Интернете в магазине ImagineShop. Если у вас есть планшет или смартфон, вы также можете загрузить цифровую версию на свое устройство iOS или Android. Чтобы не пропустить выпуск журнала How It Works , подпишитесь сегодня!
Plus взгляните на:
Солнце чем-нибудь пахнет?
Как быстро вращается Солнце?
Как Солнце вызывает смену времен года?
Как работает наше Солнце?
Энергия Солнца
Как Солнце производит свою энергию? Что это за процесс? И как только энергия будет произведена, как она попадает на планету Земля и поддерживает нашу бледно-голубую точку?
Быстрый ответ заключается в том, что Солнце (и все другие звезды во Вселенной) способны генерировать энергию, поскольку они в основном представляют собой массивные шары термоядерных реакций.
Но это на самом деле не очень много, если, конечно, вы уже не знакомы с тем, как образуются звезды и как работает синтез. Так что давайте немного разберемся.
Ученые объясняют этот процесс генерации звездной энергии, возвращаясь к тому, как формируются звезды, что восходит к теории туманностей. Эта теория утверждает, что ядерная реакция внутри звезды началась, когда огромное облако газа и частиц, известное как «туманность», схлопнулось под давлением собственной гравитации. Именно этот коллапс в конечном итоге породил большой шар света в центре нашей Солнечной системы, поскольку он вызвал процесс, в котором атомы начали сливаться вместе из-за избыточного давления и тепла.
В частности, в ядрах звезд размером примерно с Солнце энергия вырабатывается, когда атомы водорода (H) превращаются в гелий (He). Во время этого процесса термоядерного синтеза некоторая часть вещества термоядерных ядер не сохраняется и преобразуется в фотоны. Сколько энергии производит наше Солнце? Итак, за одну секунду Солнце сплавляет около 620 миллионов метрических тонн водорода в своем ядре. Это означает, что всего за одну секунду Солнце производит достаточно энергии, чтобы обеспечивать энергией Нью-Йорк примерно на 100 лет .
Более крупные звезды имеют больше тепла и давления; в результате они могут соединять вместе более тяжелые элементы. Поскольку мы сплавляем более тяжелые элементы, остается больше несохраняемой материи и, следовательно, больше тепла и давления.
Кредит: НАСА Центр космических полетов имени ГоддардаМесто расположения Земли
Это соединение атомов известно как ядерный синтез. И, как уже упоминалось, это процесс, который выделяет огромное количество энергии в виде тепла и света.Примечательно, что каждый слой Солнца играет роль в обеспечении того, чтобы солнечная энергия распределялась достаточно далеко для поддержания жизни на нашей планете.
99% энергии, производимой Солнцем, происходит внутри ядра. За пределами этого слоя синтез почти полностью прекратится. Остальная часть Солнца нагревается энергией, которая выходит из ядра через различные слои, в конечном итоге достигает внешнего слоя и уходит в космос в виде солнечного света или энергии частиц.
Следующие слои Солнца — это радиационная зона, конвективная зона и фотосфера.Эти слои становятся тем холоднее, чем дальше они находятся от ядра. В большинстве из них больше не происходит термоядерных реакций. Однако они способствуют передаче тепла и энергии наружу, от ядра в космическое пространство.
Когда это тепло и энергия достигают Земли, озоновый слой атмосферы фильтрует большую часть ультрафиолетового излучения Солнца, но пропускает часть. Эта энергия необходима для жизни на нашей планете.
Как читатель футуризма, мы приглашаем вас присоединиться к Singularity Global Community, форуму нашей материнской компании, чтобы обсудить футуристическую науку и технологии с единомышленниками со всего мира.Присоединяйтесь бесплатно, зарегистрируйтесь сейчас!
Подробнее | Солнце — NASA Solar System Exploration
ОбзорНаше Солнце — желтый карлик, раскаленный шар светящихся газов в сердце нашей солнечной системы. Его гравитация скрепляет Солнечную систему, удерживая все — от самых больших планет до мельчайших частиц мусора — на своей орбите. Связь и взаимодействие между Солнцем и Землей определяют времена года, океанские течения, погоду, климат, радиационные пояса и полярные сияния.Хотя это особенность us , есть миллиарды звезд, подобных нашему Солнцу, разбросанных по галактике Млечный Путь.
ТезкаТезка
У Солнца много имен во многих культурах. Латинское слово для обозначения Солнца — «сол», которое является основным прилагательным ко всему, что связано с Солнцем: солнечный.
Потенциал для жизниЖизненный потенциал
Само Солнце — не лучшее место для живых существ, с его горячей, энергичной смесью газов и плазмы. Но Солнце сделало возможной жизнь на Земле, обеспечивая тепло, а также энергию, которую такие организмы, как растения, используют, чтобы сформировать основу многих пищевых цепочек.
Размер и расстояниеРазмер и расстояние
Наше Солнце с радиусом 432 168,6 миль (695 508 километров) не является особенно большой звездой — многие из них в несколько раз больше, — но оно все же намного массивнее нашей родной планеты: для того, чтобы сравняться по массе с массой Земли, потребовалось бы 332 946 Земли. Солнце. Чтобы заполнить объем Солнца, потребуется 1,3 миллиона Земель.
На этой иллюстрации показан приблизительный размер Земли по сравнению с Солнцем. Кредит изображения: ЕКА и НАСАСолнце находится примерно в 150 миллионах километров от Земли.Ее ближайший звездный сосед — тройная звездная система Альфа Центавра: Проксима Центавра находится на расстоянии 4,24 световых года от нас, а Альфа Центавра A и B — две звезды, вращающиеся вокруг друг друга — находятся на расстоянии 4,37 световых лет от нас. (Световой год — это расстояние, которое свет проходит за один год, которое равно 5 878 499 810 000 миль или 9 460 528 400 000 километров.)
Орбита и вращениеОрбита и вращение
Солнце и все, что вращается вокруг него, находится в галактике Млечный Путь. В частности, наше Солнце находится в спиральном рукаве, называемом шпором Ориона, который тянется наружу от рукава Стрельца.Отсюда Солнце вращается вокруг центра галактики Млечный Путь, увлекая за собой планеты, астероиды, кометы и другие объекты. Наша солнечная система движется со средней скоростью 450 000 миль в час (720 000 километров в час). Но даже при такой скорости нам требуется около 230 миллионов лет, чтобы сделать один полный оборот вокруг Млечного Пути.
Солнце вращается вокруг центра Млечного Пути. Его вращение имеет осевой наклон 7,25 градуса по отношению к плоскости орбит планет.Поскольку Солнце не является твердым телом, разные части Солнца вращаются с разной скоростью. На экваторе Солнце вращается один раз примерно каждые 25 земных дней, но на своих полюсах Солнце вращается вокруг своей оси каждые 36 земных дней.
Луны
Лун
У Солнца и других звезд нет лун; вместо этого у них есть планеты и их луны, а также астероиды, кометы и другие объекты.
КольцаКольца
У Солнца нет колец.
ФормированиеФормация
Солнце и остальная часть солнечной системы образовались из гигантского вращающегося облака газа и пыли, называемого солнечной туманностью около 4.5 миллиардов лет назад. Когда туманность схлопнулась из-за своей подавляющей силы тяжести, она начала вращаться быстрее и превратилась в диск. Большая часть материала была потянута к центру, чтобы сформировать наше Солнце, которое составляет 99,8% массы всей Солнечной системы.
Как и все звезды, у Солнца когда-нибудь закончится энергия. Когда Солнце начнет умирать, оно станет настолько большим, что поглотит Меркурий, Венеру и, возможно, даже Землю. Ученые предсказывают, что Солнце прошло чуть меньше половины своей жизни и просуществует еще 6.За 5 миллиардов лет до того, как он превратится в белого карлика.
3D-модель Солнца, нашей звезды. Авторы и права: Приложения и разработка технологий визуализации НАСА (VTAD) ›Параметры загрузкиСтруктура
Конструкция
Солнце, как и другие звезды, представляет собой шар газа. По количеству атомов он состоит из водорода на 91,0% и гелия на 8,9%. По массе Солнце примерно на 70,6% состоит из водорода и на 27,4% из гелия.
Солнце состоит из шести областей: ядра, радиационной зоны и конвективной зоны внутри; видимая поверхность, называемая фотосферой; хромосфера; и крайняя область, корона.
Огромная масса Солнца удерживается гравитационным притяжением, которое создает в его ядре огромное давление и температуру. Солнце состоит из шести областей: ядра, радиационной зоны и конвективной зоны внутри; видимая поверхность, называемая фотосферой; хромосфера; и крайняя область, корона.
В ядре температура составляет около 27 миллионов градусов по Фаренгейту (15 миллионов градусов по Цельсию), что достаточно для поддержания термоядерного синтеза.Это процесс, в котором атомы объединяются в более крупные атомы и в процессе высвобождают ошеломляющее количество энергии. В частности, в ядре Солнца атомы водорода сливаются, образуя гелий.
Энергия, производимая в ядре, питает Солнце и производит все тепло и свет, которые излучает Солнце. Энергия из ядра уносится излучением, которое отражается вокруг радиационной зоны, и требуется около 170 000 лет, чтобы добраться от ядра до вершины конвективной зоны. Температура опускается ниже 3.5 миллионов градусов по Фаренгейту (2 миллиона градусов по Цельсию) в конвективной зоне, где большие пузыри горячей плазмы (суп из ионизированных атомов) движутся вверх. Поверхность Солнца — та часть, которую мы видим — имеет температуру около 10 000 градусов по Фаренгейту (5 500 градусов по Цельсию). Это намного холоднее, чем пылающее ядро, но все же достаточно горячее, чтобы заставить углерод, такой как алмазы и графит, не просто плавиться, но и закипать.
ПоверхностьПонимание поведения Солнца — важная часть жизни в нашей солнечной системе.Мощные вспышки Солнца могут создавать помехи для спутников и нарушать передачу сигналов связи вокруг Земли.
Площадь
Поверхность Солнца, фотосфера, представляет собой область толщиной 300 миль (500 километров), из которой большая часть солнечного излучения выходит наружу. Это не твердая поверхность, как поверхности планет. Вместо этого это внешний слой газообразной звезды.
Мы видим излучение фотосферы как солнечный свет, когда оно достигает Земли примерно через восемь минут после того, как покидает Солнце.Температура фотосферы составляет около 10 000 градусов по Фаренгейту (5 500 градусов по Цельсию).
АтмосфераАтмосфера
Над фотосферой Солнца находятся тонкая хромосфера и корона (корона), которые составляют тонкую солнечную атмосферу. Здесь мы видим такие особенности, как солнечные пятна и солнечные вспышки.
Видимый свет из этих верхних областей обычно слишком слаб, чтобы его можно было увидеть на более яркой фотосфере, но во время полных солнечных затмений, когда Луна покрывает фотосферу, хромосфера выглядит как красный обод вокруг Солнца, а корона образует красивый белый цвет. корона с сужающимися наружу плазменными полосами, образующими формы, похожие на лепестки цветов.
Как ни странно, температура в атмосфере Солнца увеличивается с высотой, достигая 3,5 миллионов градусов по Фаренгейту (2 миллионов градусов по Цельсию). Источник нагрева короны был научной загадкой более 50 лет.
Солнце испускает постоянный поток частиц и магнитных полей, называемый солнечным ветром. Этот солнечный ветер обрушивает на миры по всей Солнечной системе частицы и радиацию, которые могут устремляться к поверхности планет, если только атмосфера, магнитное поле или то и другое не препятствуют этому.Вот как эти солнечные частицы взаимодействуют с некоторыми избранными планетами и другими небесными телами. Предоставлено: Центр космических полетов имени Годдарда НАСА / Мэри Пэт Хрибик-Кейт. МагнитосфераМагнитосфера
Электрические токи на Солнце создают сложное магнитное поле, которое распространяется в космос, образуя межпланетное магнитное поле. Объем пространства, контролируемый магнитным полем Солнца, называется гелиосферой.
Магнитное поле Солнца переносится через солнечную систему солнечным ветром — потоком электрически заряженного газа, вырывающимся от Солнца во всех направлениях.Поскольку Солнце вращается, магнитное поле превращается в большую вращающуюся спираль, известную как спираль Паркера.
Солнце не всегда ведет себя одинаково. Он проходит фазы, называемые солнечным циклом. Примерно каждые 11 лет географические полюса Солнца меняют свою магнитную полярность. Когда это происходит, фотосфера, хромосфера и корона Солнца претерпевают изменения от спокойного и спокойного до бурно активного. Высота солнечной активности, известная как солнечный максимум, — это время солнечных бурь: солнечных пятен, солнечных вспышек и корональных выбросов массы.Они вызваны неоднородностями магнитного поля Солнца и могут выделять огромное количество энергии и частиц, некоторые из которых достигают нас здесь, на Земле. Эта космическая погода может повредить спутники, вызвать коррозию трубопроводов и повлиять на электросети.
РесурсыРесурсы
Информация о Солнце и факты
По сравнению с миллиардами других звезд во Вселенной, Солнце ничем не примечательно. Но для Земли и других вращающихся вокруг нее планет Солнце является мощным центром внимания.Он скрепляет солнечную систему; обеспечивает Землю живительным светом, теплом и энергией; и порождает космическую погоду.
Характеристики Солнца
Солнце находится примерно в 26 000 световых лет от центра Млечного Пути, в усике нашей родной галактики, известной как Рукав Ориона. Каждые 230 миллионов лет Солнце и Солнечная система, которую оно несет с собой, совершают один оборот вокруг центра Млечного Пути. Хотя мы этого не чувствуем, солнце движется по своей орбите со средней скоростью 450 000 миль в час.
Солнце образовалось более 4,5 миллиардов лет назад, когда облако пыли и газа, называемое туманностью, рухнуло под действием собственной гравитации. При этом облако развернулось и превратилось в диск, в центре которого образовалось наше Солнце. Позднее окраина диска вошла в нашу солнечную систему, включая Землю и другие планеты. Ученым даже удалось увидеть диски, рождавшие планеты, вокруг далеких юных родственников нашего Солнца.
Наша домашняя звезда — желтый карлик, разновидность среднего размера, довольно распространенная в нашей галактике.Однако ярлык «желтый» вводит в заблуждение, поскольку наше солнце горит ярко-белым. На Земле солнце может приобретать более теплые оттенки, особенно на восходе или закате, потому что атмосфера нашей планеты больше всего рассеивает синий и зеленый свет.
С нашей точки зрения, «карлик» тоже может быть не лучшим словом для нашего солнца. При ширине около 864000 миль (1,4 миллиона километров) Солнце в 109 раз шире Земли и составляет более 99,8% общей массы Солнечной системы. Если бы это был полый шар, внутри него могло бы поместиться более миллиона Земель.Но солнце не пустое: оно заполнено палящими газами и супом из электрически заряженных частиц, называемых плазмой. Температура поверхности Солнца составляет около 10 000 градусов по Фаренгейту (5 500 градусов по Цельсию), а в ядре — 27 миллионов градусов по Фаренгейту (15,5 миллионов по Цельсию).
Глубоко в ядре Солнца ядерный синтез превращает водород в гелий, который генерирует энергию. Частицы света, называемые фотонами, переносят эту энергию через сферическую оболочку, называемую радиационной зоной, в верхний слой внутренней части Солнца, зону конвекции.Там горячая плазма поднимается и опускается, как ил в лавовой лампе, которая передает энергию поверхности Солнца, называемой фотосферой.
Фотону может потребоваться 170 000 лет, чтобы завершить свое путешествие от Солнца, но как только он выходит, он проносится в космосе со скоростью более 186 000 миль в секунду. Солнечные фотоны достигают Земли примерно через восемь минут после выхода из недр Солнца, преодолевая в среднем 93 миллиона миль, чтобы добраться сюда — расстояние, определяемое как одна астрономическая единица (AU).
За пределами фотосферы Солнца находится атмосфера, состоящая из хромосферы и солнечной короны.Хромосфера выглядит как красноватое свечение, окаймляющее солнце, в то время как огромные белые усики короны простираются на миллионы миль в длину. Хромосфера и корона также излучают видимый свет, но на поверхности Земли их можно увидеть только во время полного солнечного затмения, когда Луна проходит между Землей и Солнцем.
Корона намного горячее фотосферы, достигая температуры более миллиона градусов по Фаренгейту. Как корона становится такой горячей, остается научной загадкой, отчасти поэтому НАСА запустило свой солнечный зонд Паркера, самый быстрый из когда-либо построенных космических кораблей и первый из когда-либо посланных в корону.(Узнайте больше о космическом корабле, который «коснется Солнца».)
Солнечный ветер и вспышки
Помимо света, Солнце излучает тепло и постоянный поток заряженных частиц, известный как солнечный ветер. Ветер дует примерно 450 километров в секунду по всей Солнечной системе, расширяя магнитное поле Солнца более чем на 10 миллиардов миль. За пределами этого расстояния солнечный ветер уступает место более холодному и плотному материалу, который дрейфует между звездами, образуя границу, называемую гелиопаузой.Пока только два космических корабля — «Вояджер-1» и «Вояджер-2» — пересекли этот космический порог, который определяет начало межзвездного пространства.
Время от времени в солнечной вспышке с Солнца вырывается клочок частиц, которые могут нарушить спутниковую связь и вывести из строя Землю. Вспышки обычно возникают из-за активности солнечных пятен, холодных областей фотосферы, которые образуются и рассеиваются при смещении внутреннего магнитного поля Солнца. Солнечные вспышки и солнечные пятна подчиняются регулярному циклу, число которых увеличивается и уменьшается каждые 11 лет, поскольку полюса магнитного поля Солнца меняются взад и вперед.
Иногда Солнце также запускает огромные пузыри намагниченных частиц из своей короны в событиях, называемых корональными выбросами массы (CME). Некоторые CME могут достигать размеров самого Солнца и отбрасывать до миллиарда тонн материала в заданном направлении. Улетая от Солнца, CME могут посылать огромные ударные волны через солнечный ветер. Если CME столкнется с Землей, его частицы могут собрать достаточно энергии, чтобы поджечь электронику на орбите и на поверхности Земли.
Как и многие источники энергии, солнце не вечно.Он уже израсходовал почти половину водорода в своем ядре. Солнце будет сжигать водород еще около пяти миллиардов лет, а затем его основным топливом станет гелий. В этот момент Солнце расширится примерно в сто раз своего нынешнего размера, поглотив Меркурий и Венеру — и, возможно, Землю. Она будет гореть как красный гигант еще миллиард лет, а затем схлопнется в белый карлик.
Как солнце производит энергию?
Внутреннее строение Солнца.Предоставлено: Wikipedia Commons / kelvinsong.Есть причина, по которой жизнь в том, что Земля — единственное место в солнечной системе, где жизнь, как известно, может жить и процветать. Конечно, ученые считают, что могут существовать микробные или даже водные формы жизни, живущие под ледяными поверхностями Европы и Энцелада или в метановых озерах на Титане. Но на данный момент Земля остается единственным известным нам местом, где есть все необходимые условия для существования жизни.
Одна из причин этого заключается в том, что Земля находится в зоне обитания нашего Солнца (также известной как.«Зона Златовласки»). Это означает, что он находится в нужном месте (ни слишком близко, ни слишком далеко), чтобы получать обильную энергию солнца, которая включает свет и тепло, которые необходимы для химических реакций. Но как именно наше Солнце производит эту энергию? Какие шаги необходимо предпринять, и как они попадают к нам здесь, на планете Земля?
Простой ответ заключается в том, что Солнце, как и все звезды, способно создавать энергию, потому что это, по сути, массивная реакция термоядерного синтеза. Ученые считают, что это началось, когда огромное облако газа и частиц (т.е. туманность) коллапсировала под действием собственной гравитации — это известно как теория туманностей. Это не только создало большой световой шар в центре нашей солнечной системы, но и запустило процесс, в результате которого водород, собранный в центре, начал плавиться, создавая солнечную энергию.
Технически известный как ядерный синтез, этот процесс высвобождает невероятное количество энергии в форме света и тепла. Но чтобы получить эту энергию от центра нашего Солнца до планеты Земля и дальше, необходимо выполнить несколько важных шагов.В конце концов, все сводится к слоям солнца и той роли, которую каждый из них играет в обеспечении того, чтобы солнечная энергия попадала туда, где она может помочь в создании и поддержании жизни.
Ядро:
Ядро Солнца — это область, которая простирается от центра примерно на 20–25% радиуса Солнца. Именно здесь, в ядре, энергия вырабатывается атомами водорода (H), превращающимися в ядра гелия (He). Это возможно благодаря экстремальному давлению и температуре внутри активной зоны, которые, по оценкам, эквивалентны 250 миллиардам атмосфер (25.33 трлн кПа) и 15,7 млн кельвинов соответственно.
Конечный результат — слияние четырех протонов (ядер водорода) в одну альфа-частицу — два протона и два нейтрона, связанных вместе в частицу, идентичную ядру гелия. В результате этого процесса высвобождаются два позитрона, а также два нейтрино (которые превращают два протона в нейтроны) и энергия.
Ядро — единственная часть Солнца, которая выделяет значительное количество тепла за счет плавления.Фактически, 99% энергии, производимой Солнцем, происходит в пределах 24% радиуса Солнца. На 30% радиуса синтез практически полностью прекратился. Остальная часть Солнца нагревается энергией, которая передается от ядра через последовательные слои, в конечном итоге достигает солнечной фотосферы и уходит в космос в виде солнечного света или кинетической энергии частиц.
Солнце выделяет энергию со скоростью преобразования массы в энергию 4,26 миллиона метрических тонн в секунду, что эквивалентно 384.6 септиллионов ватт (3,846 × 10 26 Вт). Чтобы представить это в перспективе, это эквивалентно примерно 9,192 × 10 10 мегатонн в тротиловом эквиваленте в секунду, или 1,820,000,000 Царь-бомбы — самой мощной термоядерной бомбы из когда-либо созданных!
Радиационная зона:
Это зона непосредственно рядом с ядром, которая простирается примерно до 0,7 радиуса Солнца. В этом слое нет тепловой конвекции, но солнечный материал в этом слое горячий и достаточно плотный, чтобы тепловое излучение — это все, что нужно для передачи интенсивного тепла, генерируемого в ядре, наружу.В основном это ионы водорода и гелия, излучающие фотоны, которые проходят небольшое расстояние, прежде чем повторно поглощаются другими ионами.
Температура в этом слое падает с примерно 7 миллионов кельвинов ближе к ядру до 2 миллионов на границе с конвективной зоной. Плотность также падает в этом слое стократно от 0,25 радиуса Солнца до вершины радиационной зоны, начиная с 20 г / см 3 , ближайшего к ядру, до всего 0,2 г / см 3 на верхней границе.
Конвективная зона:
Это внешний слой Солнца, на который приходится все, что находится за пределами 70% внутреннего радиуса Солнца (или от поверхности до примерно 200 000 км ниже). Здесь температура ниже, чем в радиационной зоне, и более тяжелые атомы ионизируются не полностью. В результате лучистый перенос тепла менее эффективен, а плотность плазмы достаточно мала для развития конвективных токов.
Из-за этого восходящие тепловые элементы переносят большую часть тепла наружу к фотосфере Солнца.Как только эти клетки поднимаются до уровня чуть ниже фотосферной поверхности, их материал охлаждается, в результате чего их плотность увеличивается. Это заставляет их снова опускаться к основанию конвективной зоны — где они собирают больше тепла, и конвективный цикл продолжается.
На поверхности Солнца температура падает примерно до 5700 К. Турбулентная конвекция этого слоя Солнца также вызывает эффект, который создает магнитные северный и южный полюса по всей поверхности Солнца.
Иллюстрация структуры Солнца и звезды красного гиганта с указанием их конвективных зон.Предоставлено: ESO.Также на этом слое возникают солнечные пятна, которые выглядят как темные пятна по сравнению с окружающей областью. Эти пятна соответствуют концентрациям в поле магнитного потока, которые препятствуют конвекции и вызывают снижение температуры областей на поверхности по сравнению с окружающим материалом.
Фотосфера:
И, наконец, фотосфера, видимая поверхность солнца. Именно здесь солнечный свет и тепло, которые излучаются и передаются на поверхность, распространяются в космос.Температуры в слое находятся в диапазоне от 4500 до 6000 К (4230–5730 ° C; 7646–10346 ° F). Поскольку верхняя часть фотосферы холоднее, чем нижняя, изображение Солнца в центре кажется ярче, чем на краю или краю солнечного диска, что называется потемнением к краю.
Фотосфера имеет толщину от десятков до сотен километров, и это также область Солнца, где она становится непрозрачной для видимого света. Причины этого заключаются в уменьшении количества отрицательно заряженных ионов водорода (H–), которые легко поглощают видимый свет.И наоборот, видимый свет, который мы видим, возникает, когда электроны реагируют с атомами водорода с образованием ионов H–.
Фотосфера Солнца, где видимый солнечный свет и тепло отправляются в космос. Предоставлено: НАСА / SDO / AIA.Энергия, излучаемая фотосферой, затем распространяется через космос и достигает атмосферы Земли и других планет солнечной системы. Здесь, на Земле, верхний слой атмосферы (озоновый слой) фильтрует большую часть ультрафиолетового (УФ) солнечного излучения, но пропускает часть на поверхность.Полученная энергия затем поглощается воздухом и земной корой, нагревая нашу планету и обеспечивая организмы источником энергии.
Солнце находится в центре биологических и химических процессов на Земле. Без него жизненный цикл растений и животных закончился бы, циркадные ритмы всех земных существ были бы нарушены; и со временем вся жизнь на Земле прекратит свое существование. Важность солнца была признана с доисторических времен, и многие культуры рассматривали его как божество (чаще всего как главное божество в своих пантеонах).
Но только в последние несколько столетий стали понятны процессы, приводящие в действие Солнце. Благодаря постоянным исследованиям физиков, астрономов и биологов мы теперь можем понять, как солнце производит энергию и как оно передает ее нашей солнечной системе. Изучение известной вселенной с ее разнообразием звездных систем и экзопланет также помогло нам провести сравнения с другими типами звезд.
Как запустить мертвую звезду?
Предоставлено Вселенная сегодня
Цитата : Как солнце производит энергию? (2015, 14 декабря) получено 24 июля 2021 г. с https: // физ.org / news / 2015-12-sun-energy.html
Этот документ защищен авторским правом. За исключением честных сделок с целью частного изучения или исследования, никакие часть может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в информационных целях.
Солнце Земли: факты о возрасте, размере и истории Солнца
Солнце находится в центре Солнечной системы, где оно является самым крупным объектом.Она составляет 99,8% массы Солнечной системы и примерно в 109 раз больше диаметра Земли — около миллиона Земель может поместиться внутри Солнца.
Поверхность Солнца имеет температуру около 10 000 градусов по Фаренгейту (5 500 градусов по Цельсию), а температура в ядре достигает более 27 миллионов F (15 миллионов C) за счет ядерных реакций. По данным НАСА, нужно будет взрывать 100 миллиардов тонн динамита каждую секунду, чтобы соответствовать энергии, производимой Солнцем.
Солнце — одна из более чем 100 миллиардов звезд Млечного Пути.Он вращается на расстоянии около 25 000 световых лет от ядра Галактики, совершая оборот примерно раз в 250 миллионов лет или около того. Солнце относительно молодое, оно принадлежит к поколению звезд, известному как Население I, которые относительно богаты элементами тяжелее гелия. Старшее поколение звезд называется Населением II, и более раннее поколение Популяции III могло существовать, хотя представители этого поколения еще не известны.
Связанный: Насколько жарко на солнце?
Как образовалось Солнце
Солнце родилось около 4.6 миллиардов лет назад. Многие ученые считают, что Солнце и остальная часть Солнечной системы образовались из гигантского вращающегося облака газа и пыли, известного как солнечная туманность. Когда туманность схлопнулась из-за своей силы тяжести, она начала вращаться быстрее и превратилась в диск. Большая часть материала была потянута к центру, чтобы сформировать солнце.
Связанный: Как образовалось Солнце?
У Солнца достаточно ядерного топлива, чтобы оставаться таким, как сейчас, еще на 5 миллиардов лет. После этого он раздувается и превращается в красного гиганта.В конце концов, он сбросит свои внешние слои, а оставшееся ядро схлопнется, превратившись в белого карлика. Постепенно белый карлик исчезнет и войдет в свою финальную фазу как тусклый холодный теоретический объект, иногда известный как черный карлик.
Связанный: Когда умрет солнце?
Диаграмма, показывающая Солнце в центре нашей солнечной системы (не в масштабе). (Изображение предоставлено NASA / JPL-Caltech)Внутренняя структура и атмосфера солнца
Солнце и атмосфера солнца разделены на несколько зон и слоев.Внутреннее пространство Солнца изнутри состоит из ядра, радиационной зоны и конвективной зоны. Солнечная атмосфера выше, состоящая из фотосферы, хромосферы, переходной области и короны. Помимо этого — солнечный ветер, истечение газа из короны.
Ядро простирается от центра Солнца примерно до четверти пути до его поверхности. Хотя он составляет примерно 2% от объема Солнца, он почти в 15 раз превышает плотность свинца и удерживает почти половину массы Солнца.Далее идет радиационная зона, которая простирается от ядра до 70% пути к поверхности Солнца, составляя 32% объема Солнца и 48% его массы. Свет от ядра рассеивается в этой зоне, поэтому для прохождения одного фотона может потребоваться миллион лет.
Зона конвекции достигает поверхности Солнца и составляет 66% объема Солнца, но лишь немногим более 2% его массы. В этой зоне преобладают клубящиеся «конвективные ячейки» газа. Существуют два основных типа солнечных конвекционных ячеек — грануляционные ячейки шириной около 600 миль (1000 километров) и супергрануляционные ячейки диаметром около 20 000 миль (30 000 км).
Фотосфера — это самый нижний слой атмосферы Солнца, излучающий свет, который мы видим. Его толщина составляет около 300 миль (500 км), хотя большая часть света исходит из его нижней трети. Температуры в фотосфере колеблются от 11 000 F (6 125 C) внизу до 7 460 F (4 125 C) вверху. Далее идет хромосфера, которая более горячая, до 35 500 F (19725 C) и, по-видимому, полностью состоит из колючих структур, известных как спикулы, обычно около 600 миль (1000 км) в поперечнике и до 6000 миль (10000 км) в высоту. .
Далее идет переходная область толщиной от нескольких сотен до нескольких тысяч миль, которая нагревается короной над ней и излучает большую часть своего света в виде ультрафиолетовых лучей. Вверху находится сверхгорячая корона, состоящая из таких структур, как петли и потоки ионизированного газа. Корона обычно колеблется от 900 000 F (500 000 C) до 10,8 миллионов F (6 миллионов C) и может даже достигать десятков миллионов градусов, когда происходит солнечная вспышка. Материя из короны уносится солнечным ветром.
Связано: Космическая погода: солнечные пятна, солнечные вспышки и выбросы корональной массы
Магнитное поле Солнца
Магнитное поле Солнца обычно примерно в два раза сильнее магнитного поля Земли. Однако на небольших участках он становится сильно концентрированным и в 3000 раз сильнее обычного. Эти изгибы и скручивания магнитного поля возникают из-за того, что Солнце вращается на экваторе быстрее, чем на более высоких широтах, и потому, что внутренние части Солнца вращаются быстрее, чем поверхность.
Связано: Огромные магнитные «веревки» вызывают мощные солнечные взрывы
Эти искажения создают различные элементы, от солнечных пятен до впечатляющих извержений, известных как вспышки и выбросы корональной массы. Вспышки — это самые сильные извержения в Солнечной системе, в то время как выбросы корональной массы менее сильны, но включают в себя необычайное количество вещества — один выброс может выбросить примерно 20 миллиардов тонн (18 миллиардов метрических тонн) вещества в космос.
Химический состав Солнца
Как и большинство других звезд, Солнце состоит в основном из водорода, за которым следует гелий.Почти все оставшееся вещество состоит из семи других элементов — кислорода, углерода, неона, азота, магния, железа и кремния. На каждый миллион атомов водорода в Солнце приходится 98000 гелия, 850 атомов кислорода, 360 атомов углерода, 120 атомов неона, 110 атомов азота, 40 атомов магния, 35 атомов железа и 35 атомов кремния. Тем не менее, водород является самым легким из всех элементов, поэтому на его долю приходится примерно 72% массы Солнца, в то время как гелий составляет около 26%.
Связанный: Из чего состоит солнце?
Посмотрите, как солнечные вспышки, солнечные бури и огромные солнечные извержения работают в этом ПРОСТРАНСТВЕ.com инфографики. Посмотреть полную инфографику солнечной бури можно здесь. (Изображение предоставлено Карлом Тейтом / SPACE.com)Солнечные пятна и солнечные циклы
Солнечные пятна — это относительно прохладные темные детали на поверхности Солнца, которые часто имеют примерно круглую форму. Они появляются там, где плотные пучки силовых линий магнитного поля изнутри Солнца прорываются сквозь поверхность.
Количество солнечных пятен меняется в зависимости от солнечной магнитной активности — изменение этого числа от минимального отсутствия до максимум примерно 250 солнечных пятен или скоплений солнечных пятен, а затем обратно к минимуму, называется солнечным циклом, и в среднем около 11 лет.В конце цикла магнитное поле быстро меняет полярность.
Связано: Крупнейшее солнечное пятно за 24 года вызывает удивление у ученых, но также и вводит в заблуждение
История наблюдений за Солнцем
Солнечный орбитальный аппарат ЕКА-НАСА и солнечный зонд Паркера НАСА в настоящее время изучают Солнце с беспрецедентными деталями с более близкого расстояния расстояние, чем любой космический корабль раньше. (Изображение предоставлено: Solar Orbiter: ESA / ATG medialab; Parker Solar Probe: NASA / Johns Hopkins APL)Древние культуры часто видоизменяли естественные горные образования или строили каменные памятники, чтобы отмечать движение солнца и луны, составляя графики сезонов, создавая календари и наблюдение за затмениями.Многие полагали, что Солнце вращается вокруг Земли, и древнегреческий ученый Птолемей формализовал эту «геоцентрическую» модель в 150 г. до н. Э. Затем, в 1543 году, Николай Коперник описал гелиоцентрическую (солнечно-центрированную) модель солнечной системы, а в 1610 году открытие Галилео Галилеем спутников Юпитера подтвердило, что не все небесные тела вращаются вокруг Земли.
Чтобы узнать больше о том, как работают Солнце и другие звезды, после первых наблюдений с помощью ракет ученые начали изучать Солнце с околоземной орбиты.В период с 1962 по 1971 год НАСА запустило серию из восьми орбитальных обсерваторий, известных как орбитальная солнечная обсерватория. Семь из них были успешными, они проанализировали Солнце в ультрафиолетовом и рентгеновском диапазонах волн и сфотографировали сверхгорячую корону, среди других достижений.
В 1990 году НАСА и Европейское космическое агентство запустили зонд «Улисс», чтобы провести первые наблюдения за его полярными регионами. В 2004 году космический аппарат НАСА Genesis вернул на Землю образцы солнечного ветра для изучения. В 2007 году миссия НАСА с двумя космическими аппаратами Solar Terrestrial Relations Observatory (STEREO) вернула первые трехмерные изображения Солнца.НАСА потеряло связь со STEREO-B в 2014 году, которая оставалась вне связи, за исключением короткого периода в 2016 году. STEREO-A остается полностью работоспособным.
Солнечная и гелиосферная обсерватория (SOHO), которой в прошлом году исполнилось 25 лет в космосе, на сегодняшний день является одной из самых важных солнечных миссий. Разработанный для изучения солнечного ветра, а также внешних слоев и внутренней структуры Солнца, он отображал структуру солнечных пятен под поверхностью, измерял ускорение солнечного ветра, обнаруживал корональные волны и солнечные торнадо, обнаружил более 1000 комет, и произвел революцию в нашей способности прогнозировать космическую погоду.
Обсерватория солнечной динамики (SDO), запущенная в 2010 году, вернула невиданные ранее детали материала, движущегося наружу и вдали от солнечных пятен, а также чрезвычайно крупные планы активности на поверхности Солнца и первые изображения с высоким разрешением. измерения солнечных вспышек в широком диапазоне длин волн экстремального ультрафиолета.
Новейшим дополнением к флоту для наблюдений за солнцем являются солнечный зонд НАСА Parker, запущенный в 2018 году, и солнечный орбитальный аппарат ESA / NASA, запущенный в 2020 году. Оба этих космических корабля вращаются вокруг Солнца ближе, чем любой из предыдущих космических кораблей, выполняя дополнительные измерения окружающая среда в непосредственной близости от звезды.
Во время близкого прохождения, Parker Solar Probe погружается во внешнюю атмосферу Солнца, в корону, выдерживая температуру выше одного миллиона градусов по Фаренгейту. Ближайший к нему зонд Parker Solar Probe пролетит всего 4 миллиона миль (6,5 миллиона км) к поверхности Солнца (расстояние между Солнцем и Землей составляет 93 миллиона миль (150 миллионов км)). Измерения, которые он производит, помогают ученым больше узнать о том, как энергия течет через Солнце, о структуре солнечного ветра и о том, как ускоряются и переносятся энергичные частицы.
Связанный: NASA Parker Solar Probe прибивает близко к солнцу, поскольку его цикл космической погоды увеличивается
Хотя Solar Orbiter не летает так близко, как Parker Solar Probe, он оснащен высокотехнологичными камерами и телескопы, которые делают снимки поверхности Солнца с самого близкого расстояния. Технически было невозможно использовать Parker Solar Probe с камерой, которая бы смотрела прямо на поверхность Солнца.
Самый близкий к ней орбитальный аппарат Solar Orbiter пройдет на расстоянии около 26 миллионов миль (43 миллиона км) от звезды — примерно на 25% ближе, чем Меркурий.Во время своего первого перигелия, точки на своей эллиптической орбите, ближайшей к Солнцу, космический корабль приблизился к Солнцу примерно на половину расстояния от Земли. Изображения, полученные во время первого перигелия, опубликованные в июне прошлого года, были самыми близкими из когда-либо сделанных изображений Солнца и показали ранее невидимые детали на поверхности звезды — миниатюрные вспышки, названные кострами.
После того, как Solar Orbiter завершит несколько близких проходов, диспетчеры миссии начнут поднимать его орбиту за пределы плоскости эклиптики, в которой вращаются планеты, чтобы камеры космического корабля могли сделать первые в истории снимки полюсов Солнца крупным планом.Картирование активности в полярных регионах поможет ученым лучше понять магнитное поле Солнца, которое управляет 11-летним солнечным циклом.
Эта статья была обновлена 9 июня 2021 года старшим писателем Space.com Терезой Пултаровой.
Вс | Национальное географическое общество
Солнце — обычная звезда, одна из примерно 100 миллиардов в нашей галактике Млечный Путь. Солнце оказывает чрезвычайно важное влияние на нашу планету: оно определяет погоду, океанские течения, времена года и климат, а также делает возможной жизнь растений посредством фотосинтеза.Без солнечного тепла и света жизнь на Земле не существовала бы.
Около 4,5 миллиарда лет назад Солнце начало формироваться из молекулярного облака, которое в основном состояло из водорода и гелия. Соседняя сверхновая испустила ударную волну, которая вступила в контакт с молекулярным облаком и возбудила его. Молекулярное облако начало сжиматься, и некоторые области газа схлопнулись под действием собственного гравитационного притяжения. Когда одна из этих областей схлопнулась, она также начала вращаться и нагреваться от повышения давления.Большая часть водорода и гелия оставалась в центре этой горячей вращающейся массы. В конце концов, газы нагрелись достаточно, чтобы начать ядерный синтез, и стали солнцем в нашей солнечной системе.
Другие части молекулярного облака остыли в диск вокруг нового Солнца и стали планетами, астероидами, кометами и другими телами в нашей солнечной системе.
Солнце находится примерно в 150 миллионах километров (93 миллионах миль) от Земли. Это расстояние, называемое астрономической единицей (AU), является стандартной мерой расстояния для астрономов и астрофизиков.
АС можно измерить со скоростью света или временем, которое требуется фотону света, чтобы пройти от Солнца до Земли. Свету от Солнца требуется около восьми минут и 19 секунд, чтобы достичь Земли.
Радиус Солнца, или расстояние от самого центра до внешних границ, составляет около 700 000 километров (432 000 миль). Это расстояние примерно в 109 раз больше радиуса Земли. Солнце не только имеет гораздо больший радиус, чем Земля, но и намного массивнее. Масса Солнца более чем в 333000 раз больше массы Земли, и в нем содержится около 99 единиц.8 процентов всей массы Солнечной системы!
Состав
Солнце состоит из пылающей комбинации газов. Эти газы на самом деле находятся в форме плазмы. Плазма — это состояние вещества, похожее на газ, но с большей частью ионизированных частиц. Это означает, что частицы имеют увеличенное или уменьшенное количество электронов.
Около трех четвертей Солнца состоит из водорода, который постоянно синтезируется и образует гелий в процессе, называемом ядерным синтезом.Гелий составляет почти всю оставшуюся четверть. Очень небольшой процент (1,69 процента) массы Солнца состоит из других газов и металлов: железа, никеля, кислорода, кремния, серы, магния, углерода, неона, кальция и хрома. Эти 1,69 процента могут показаться незначительными, но это масса по-прежнему в 5628 раз больше массы Земли.
Солнце — не твердая масса. У него нет легко идентифицируемых границ, как у каменистых планет, таких как Земля. Вместо этого Солнце состоит из слоев, почти полностью состоящих из водорода и гелия.Эти газы выполняют разные функции в каждом слое, и слои солнца измеряются их процентной долей от общего радиуса солнца.
Солнце пронизано магнитным полем и в некоторой степени контролируется им. Магнитное поле определяется комбинацией трех сложных механизмов: кругового электрического тока, который проходит через солнце, слоев солнца, вращающихся с разной скоростью, и способности солнца проводить электричество. Вблизи солнечного экватора силовые линии магнитного поля образуют небольшие петли у поверхности.Силовые линии магнитного поля, протекающие через полюса, простираются намного дальше, на тысячи километров, прежде чем вернуться к противоположному полюсу.
Солнце вращается вокруг своей оси, как и Земля. Солнце вращается против часовой стрелки, и на один оборот уходит от 25 до 35 дней.
Солнце вращается по часовой стрелке вокруг центра Млечного Пути. Его орбита находится на расстоянии от 24 000 до 26 000 световых лет от центра Галактики. Солнцу требуется от 225 до 250 миллионов лет, чтобы совершить один оборот вокруг галактического центра.
Электромагнитное излучение
Солнечная энергия движется к Земле со скоростью света в форме электромагнитного излучения (ЭМИ).
Электромагнитный спектр существует в виде волн разных частот и длин волн.
Частота волны показывает, сколько раз волна повторяется за определенную единицу времени. Волны с очень короткими длинами волн повторяются несколько раз в заданную единицу времени, поэтому они высокочастотны.Напротив, низкочастотные волны имеют гораздо большую длину волны.
Подавляющее большинство электромагнитных волн, исходящих от Солнца, для нас невидимы. Наиболее высокочастотные волны, излучаемые солнцем, — это гамма-лучи, рентгеновские лучи и ультрафиолетовое излучение (УФ-лучи). Наиболее вредные ультрафиолетовые лучи почти полностью поглощаются атмосферой Земли. Менее сильные ультрафиолетовые лучи проходят через атмосферу и могут вызвать солнечный ожог.
Солнце также излучает инфракрасное излучение, волны которого гораздо более низкочастотны.Большая часть тепла от солнца поступает в виде инфракрасной энергии.
Между инфракрасным и ультрафиолетовым светом находится видимый спектр, который содержит все цвета, которые мы, люди, можем видеть. Красный цвет имеет самую длинную длину волны (ближайшую к инфракрасному), а фиолетовый (ближайшую к ультрафиолетовому излучению) самую короткую.
Само солнце белое, что означает, что оно содержит все цвета видимого спектра. Солнце кажется оранжево-желтым, потому что излучаемый им синий свет имеет более короткую длину волны и рассеивается в атмосфере — тот же процесс, при котором небо кажется голубым.
Астрономы, однако, называют Солнце звездой «желтый карлик», потому что его цвета попадают в желто-зеленую часть электромагнитного спектра.
Эволюция Солнца
Солнце, хотя и поддерживало все живое на нашей планете, не будет светить вечно. Солнце существует уже около 4,5 миллиардов лет.
Процесс ядерного синтеза, который создает тепло и свет, которые делают возможной жизнь на нашей планете, также является процессом, который медленно изменяет состав Солнца.Посредством ядерного синтеза Солнце постоянно использует водород в своем ядре: каждую секунду Солнце превращает около 620 миллионов метрических тонн водорода в гелий.
На данном этапе жизни Солнца его ядро на 74% состоит из водорода. В течение следующих пяти миллиардов лет Солнце сожжет большую часть своего водорода, а гелий станет его основным источником топлива.
За эти пять миллиардов лет Солнце превратится из «желтого карлика» в «красного гиганта». Когда почти весь водород в ядре Солнца израсходован, ядро сжимается и нагревается, увеличивая количество происходящего ядерного синтеза.Внешние слои солнца будут расширяться за счет этой дополнительной энергии.
Солнце расширится примерно в 200 раз по сравнению с текущим радиусом, поглотив Меркурий и Венеру.
Астрофизики спорят, будет ли орбита Земли расширяться за пределы досягаемости Солнца, или наша планета также будет поглощена Солнцем.
По мере того, как Солнце расширяется, оно распространяет свою энергию на большую площадь поверхности, что оказывает общее охлаждающее действие на звезду. Это охлаждение сместит видимый свет солнца в красноватый цвет — красный гигант.
В конце концов, ядро Солнца достигает температуры около 100 миллионов по шкале Кельвина (почти 100 миллионов градусов по Цельсию или 180 миллионов градусов по Фаренгейту), общепринятой научной шкале для измерения температуры. Когда он достигнет этой температуры, гелий начнет плавиться, образуя углерод, гораздо более тяжелый элемент. Это вызовет интенсивный солнечный ветер и другую солнечную активность, которая в конечном итоге отбросит все внешние слои солнца. Фаза красных гигантов закончится. Останется только углеродное ядро Солнца, и как «белый карлик» оно не будет создавать и излучать энергию.
Структура Солнца
Солнце состоит из шести слоев: ядра, радиационной зоны, конвективной зоны, фотосферы, хромосферы и короны.
Ядро
Ядро Солнца , более чем в тысячу раз больше Земли и более чем в 10 раз плотнее свинца, представляет собой огромную печь. Температура в ядре превышает 15,7 миллиона градусов Кельвина (также 15,7 миллиона градусов по Цельсию, или 28 миллионов градусов по Фаренгейту). Ядро простирается примерно на 25% солнечного радиуса.
Ядро — единственное место, где могут происходить реакции ядерного синтеза. Другие слои Солнца нагреваются за счет создаваемой там ядерной энергии. Протоны атомов водорода яростно сталкиваются и сливаются или соединяются вместе, образуя атом гелия.
Этот процесс, известный как цепная реакция PP (протон-протон), выделяет огромное количество энергии. Энергия, выделяемая в течение одной секунды солнечного термоядерного синтеза, намного больше, чем энергия, выделяемая при взрыве сотен тысяч водородных бомб.
Во время ядерного синтеза в активной зоне выделяются два типа энергии: фотоны и нейтрино. Эти частицы переносят и излучают свет, тепло и энергию солнца. Фотоны — мельчайшие частицы света и других форм электромагнитного излучения. Нейтрино труднее обнаружить, и на их долю приходится около двух процентов всей солнечной энергии. Солнце постоянно излучает фотоны и нейтрино во всех направлениях.
Радиационная зона
Излучательная зона Солнца начинается примерно с 25 процентов радиуса и простирается примерно до 70 процентов радиуса.В этой широкой зоне тепло от ядра резко охлаждается от семи миллионов К до двух миллионов К.
В радиационной зоне энергия передается посредством процесса, называемого тепловым излучением. Во время этого процесса фотоны, которые были выпущены в ядре, проходят небольшое расстояние, поглощаются соседним ионом, высвобождаются этим ионом и снова поглощаются другим. Один фотон может продолжать этот процесс почти 200 000 лет!
Переходная зона: тахоклин
Между радиационной зоной и следующим слоем, конвективной зоной, находится переходная зона, называемая тахоклином.Эта область создается в результате дифференциального вращения Солнца.
Дифференциальное вращение происходит, когда разные части объекта вращаются с разной скоростью. Солнце состоит из газов, которые претерпевают разные процессы в разных слоях и на разных широтах. Например, солнечный экватор вращается намного быстрее, чем его полюса.
Скорость вращения солнца на тахоклине быстро меняется.
Конвективная зона
Конвективная зона начинается примерно на 70% солнечного радиуса.В этой зоне солнечная температура недостаточно высока для передачи энергии тепловым излучением. Вместо этого он передает тепло за счет тепловой конвекции через тепловые колонны.
Подобно кипению воды в горшке или горячему воску в лавовой лампе, газы глубоко в солнечной конвективной зоне нагреваются и «вскипают» наружу, вдали от ядра Солнца, через тепловые столбы. Когда газы достигают внешних границ конвективной зоны, они охлаждаются и опускаются обратно к основанию конвективной зоны, чтобы снова нагреться.
Фотосфера
Фотосфера — это ярко-желтая видимая «поверхность» Солнца. Фотосфера имеет толщину около 400 километров (250 миль), а температура достигает около 6000 К (5700 ° C, 10300 ° F).
В фотосфере видны тепловые столбы конвективной зоны, пузырящиеся, как кипящая овсянка. В мощные телескопы вершины колонн выглядят как гранулы, рассыпанные по солнцу. Каждая гранула имеет яркий центр, который представляет собой горячий газ, поднимающийся через термический столб.Темные края гранул — это холодный газ, спускающийся по колонне к основанию конвективной зоны.
Хотя вершины термоколонн выглядят как маленькие гранулы, они обычно составляют более 1000 километров (621 милю) в поперечнике. Большинство термических колонок существует от восьми до 20 минут, прежде чем они растворятся и образуют новые колонки. Существуют также «супергранулы», которые могут достигать 30 000 километров (18 641 мили) в поперечнике и сохраняться до 24 часов.
Солнечные пятна, солнечные вспышки и солнечные протуберанцы образуются в фотосфере, хотя они являются результатом процессов и нарушений в других слоях Солнца.
Фотосфера: солнечные пятна
Солнечное пятно — это то, на что оно похоже — темное пятно на солнце. Пятно образуется, когда интенсивная магнитная активность в конвективной зоне разрушает тепловой столб. В верхней части разорванного столба (видимого в фотосфере) температура временно понижается, потому что горячие газы не достигают ее.
Фотосфера: Солнечные вспышки
Процесс создания солнечных пятен открывает связь между короной (самым внешним слоем Солнца) и внутренней частью Солнца.Солнечное вещество выбрасывается из этого отверстия в формациях, называемых солнечными вспышками. Эти взрывы огромны: в течение нескольких минут солнечные вспышки высвобождают эквивалент около 160 миллиардов мегатонн в тротиловом эквиваленте, или примерно шестую часть всей энергии, выделяемой солнцем за одну секунду.
Облака ионов, атомов и электронов вырываются из солнечных вспышек и достигают Земли примерно за два дня. Солнечные вспышки и протуберанцы способствуют возникновению космической погоды, которая может вызывать нарушения атмосферы и магнитного поля Земли, а также нарушать работу спутниковых и телекоммуникационных систем.
Фотосфера: корональные выбросы массы
Корональные выбросы массы (CME) — это еще один тип солнечной активности, вызванный постоянным движением и возмущениями в магнитном поле Солнца. КВМ обычно образуются около активных областей солнечных пятен, корреляция между ними не доказана. Причина CME все еще изучается, и предполагается, что нарушения в фотосфере или короне приводят к этим сильным солнечным взрывам.
Фотосфера: Solar Prominence
Солнечные протуберанцы — это яркие петли солнечной материи. Они могут прорваться далеко в корональный слой Солнца, распространяясь на сотни километров в секунду. Эти изогнутые и изогнутые элементы могут достигать сотен тысяч километров в высоту и ширину и длиться от нескольких дней до нескольких месяцев.
Солнечные протуберанцы холоднее короны и на солнце выглядят как более темные пряди. По этой причине их также называют нитями.
Фотосфера: солнечный цикл
Солнце не испускает постоянно солнечные пятна и солнечные выбросы; он проходит цикл около 11 лет. Во время этого солнечного цикла частота солнечных вспышек меняется. Во время солнечных максимумов может быть несколько вспышек в сутки. Во время солнечных минимумов их может быть меньше одного раза в неделю.
Солнечный цикл определяется магнитными полями Солнца, которые вращаются вокруг Солнца и соединяются на двух полюсах. Каждые 11 лет магнитные поля меняются местами, вызывая нарушение, которое приводит к солнечной активности и появлению солнечных пятен.
Солнечный цикл может влиять на климат Земли. Например, ультрафиолетовый свет солнца расщепляет кислород в стратосфере и укрепляет защитный озоновый слой Земли. Во время солнечного минимума количество УФ-лучей невелико, что означает, что озоновый слой Земли временно истончается. Это позволяет проникать большему количеству ультрафиолетовых лучей и нагревать атмосферу Земли.
Солнечная атмосфера
Солнечная атмосфера — самая горячая область Солнца. Он состоит из хромосферы, короны и переходной зоны, называемой солнечной переходной областью, которая соединяет их.
Солнечная атмосфера не видна из-за яркого света, излучаемого фотосферой, и ее редко можно увидеть без специальных инструментов. Только во время солнечных затмений, когда Луна движется между Землей и Солнцем и скрывает фотосферу, эти слои можно увидеть невооруженным глазом.
Хромосфера
Розовато-красная хромосфера имеет толщину около 2000 километров (1250 миль) и пронизана струями горячего газа.
В нижней части хромосферы, там, где оно встречается с фотосферой, солнце находится в самой холодной точке, около 4400 К (4100 ° C, 7500 ° F).Эта низкая температура придает хромосфере розовый цвет. Температура в хромосфере увеличивается с высотой и достигает 25 000 К (25 000 ° C, 45 000 ° F) на внешней границе области.
Хромосфера испускает струи горящих газов, называемых спикулами, похожие на солнечные вспышки. Эти огненные струйки газа выходят из хромосферы, как длинные пылающие пальцы; они обычно имеют диаметр около 500 километров (310 миль). Спикулы существуют всего около 15 минут, но могут достигать тысячи километров в высоту, прежде чем схлопнуться и раствориться.
Солнечная переходная область
Солнечная переходная область (STR) отделяет хромосферу от короны.
Ниже STR слои Солнца находятся под контролем и остаются разделенными из-за силы тяжести, давления газа и различных процессов обмена энергией. Выше STR движение и форма слоев намного более динамичны. В них преобладают магнитные силы. Эти магнитные силы могут вызывать солнечные явления, такие как корональные петли и солнечный ветер.
Состояние гелия в этих двух областях также различается. Ниже СТО гелий частично ионизован. Это означает, что он потерял электрон, но еще остался один. В районе СТО гелий поглощает немного больше тепла и теряет свой последний электрон. Его температура взлетает почти до миллиона К (один миллион ° C, 1,8 миллиона ° F).
Корона
Корона — это тонкий внешний слой солнечной атмосферы, который может простираться на миллионы километров в космос.Газы в короне горят при температуре около одного миллиона К (один миллион ° C, 1,8 миллиона ° F) и перемещаются примерно на 145 километров (90 миль) в секунду.
Некоторые частицы достигают скорости убегания 400 километров в секунду (249 миль в секунду). Они избегают гравитационного притяжения Солнца и становятся солнечным ветром. Солнечный ветер дует от солнца к краю солнечной системы.
Другие частицы образуют корональные петли. Корональные петли — это всплески частиц, которые изгибаются к ближайшему солнечному пятну.
Возле полюсов Солнца находятся корональные дыры. Эти области более холодные и темные, чем другие области Солнца, и позволяют проходить некоторым из наиболее быстро движущихся частей солнечного ветра.
Солнечный ветер
Солнечный ветер — это поток чрезвычайно горячих заряженных частиц, выбрасываемых из верхних слоев атмосферы Солнца. Это означает, что каждые 150 миллионов лет Солнце теряет массу, равную массе Земли. Однако даже при такой скорости потерь Солнце потеряло всего около 0.01% его общей массы из солнечного ветра.
Солнечный ветер дует во все стороны. Он продолжает двигаться с этой скоростью примерно 10 миллиардов километров (шесть миллиардов миль).
Некоторые частицы солнечного ветра проскальзывают через магнитное поле Земли и попадают в ее верхние слои атмосферы вблизи полюсов. Когда они сталкиваются с атмосферой нашей планеты, эти заряженные частицы заставляют атмосферу светиться цветом, создавая полярные сияния, красочные световые эффекты, известные как северное и южное сияние.Солнечные ветры также могут вызывать солнечные бури. Эти штормы могут создавать помехи для спутников и вывести из строя электрические сети на Земле.
Солнечный ветер заполняет гелиосферу, массивный пузырь заряженных частиц, окружающий Солнечную систему.
Солнечный ветер в конечном итоге замедляется около границы гелиосферы, на теоретической границе, называемой гелиопаузой. Эта граница отделяет материю и энергию нашей солнечной системы от материи соседних звездных систем и межзвездной среды.
Межзвездная среда — это пространство между звездными системами. Солнечный ветер, преодолев миллиарды километров, не может выйти за пределы межзвездной среды.
Изучение Солнца
Солнце не всегда было предметом научных открытий и исследований. Тысячи лет солнце было известно в культурах всего мира как бог, богиня и символ жизни.
Для древних ацтеков солнце было могущественным божеством, известным как Тонатиу, которому требовались человеческие жертвы, чтобы путешествовать по небу.В балтийской мифологии солнце было богиней по имени Сауле, которая принесла плодородие и здоровье. Китайская мифология считала, что солнце — единственный оставшийся из 10 солнечных богов.
В 150 году нашей эры греческий ученый Клавдий Птолемей создал геоцентрическую модель солнечной системы, в которой луна, планеты и солнце вращались вокруг Земли. Только в 16 веке польский астроном Николай Коперник использовал математические и научные рассуждения, чтобы доказать, что планеты вращаются вокруг Солнца. Эту гелиоцентрическую модель мы используем сегодня.
В 17 веке телескоп позволял людям подробно изучать Солнце. Солнце слишком яркое, чтобы мы могли изучать его незащищенными глазами. С помощью телескопа впервые появилась возможность проецировать четкое изображение солнца на экран для исследования.
Английский ученый сэр Исаак Ньютон использовал телескоп и призму для рассеивания солнечного света и доказал, что солнечный свет на самом деле состоит из спектра цветов.
В 1800 году было обнаружено, что инфракрасный и ультрафиолетовый свет существуют за пределами видимого спектра.Оптический прибор, называемый спектроскопом, позволил разделить видимый свет и другое электромагнитное излучение на различные длины волн. Спектроскопия также помогла ученым идентифицировать газы в солнечной атмосфере — каждый элемент имеет свой собственный диапазон длин волн.
Однако способ, которым солнце генерирует свою энергию, оставался загадкой. Многие ученые предположили, что Солнце сжимается и выделяет тепло в результате этого процесса.
В 1868 году английский астроном Джозеф Норман Локьер изучал электромагнитный спектр Солнца.Он наблюдал яркие линии в фотосфере, длина волны которых не соответствовала ни одному из известных на Земле элементов. Он предположил, что на Солнце есть какой-то элемент, и назвал его гелием в честь греческого бога солнца Гелиоса.
В течение следующих 30 лет астрономы пришли к выводу, что у Солнца было горячее ядро под давлением, способное производить огромное количество энергии за счет ядерного синтеза.
Технологии продолжали совершенствоваться и позволили ученым открывать новые особенности Солнца.Инфракрасные телескопы были изобретены в 1960-х годах, и ученые наблюдали энергию за пределами видимого спектра. Астрономы двадцатого века использовали воздушные шары и ракеты для отправки специализированных телескопов высоко над Землей и исследовали Солнце без какого-либо вмешательства со стороны атмосферы Земли.
Solrad 1 был первым космическим аппаратом, разработанным для изучения Солнца, и был запущен Соединенными Штатами в 1960 году. В то десятилетие НАСА отправило пять спутников Pioneer на орбиту вокруг Солнца и сбор информации о звезде.
В 1980 году НАСА запустило миссию во время солнечного максимума по сбору информации о высокочастотных гамма-лучах, УФ-лучах и рентгеновских лучах, которые испускаются во время солнечных вспышек.
Солнечная и гелиосферная обсерватория ( SOHO ) была разработана в Европе и выведена на орбиту в 1996 году для сбора информации. SOHO успешно собирает данные и прогнозирует космическую погоду в течение 12 лет.
«Вояджер 1» и 2 — космические аппараты, путешествующие к краю гелиосферы, чтобы выяснить, из чего состоит атмосфера там, где солнечный ветер встречается с межзвездной средой.«Вояджер-1» пересек эту границу в 2012 году, а «Вояджер-2» — в 2018 году.
Еще одним достижением в изучении солнца является гелиосейсмология, изучение солнечных волн. Предполагается, что турбулентность конвективной зоны вносит свой вклад в солнечные волны, которые непрерывно переносят солнечный материал во внешние слои Солнца. Изучая эти волны, ученые лучше понимают внутреннюю часть Солнца и причину солнечной активности.
Энергия Солнца
Фотосинтез
Солнечный свет обеспечивает растения и других производителей пищевой сети необходимым светом и энергией.Эти производители поглощают солнечное излучение и преобразуют его в энергию посредством процесса, называемого фотосинтезом.
Производителями в основном являются растения (на суше) и водоросли (в водных регионах). Они составляют основу пищевой сети, а их энергия и питательные вещества передаются всем остальным живым организмам.
Ископаемое топливо
Фотосинтез также отвечает за все ископаемое топливо на Земле. По оценкам ученых, около трех миллиардов лет назад первые продуценты появились в водной среде.Солнечный свет позволил растениям процветать и адаптироваться. После гибели растения они разлагались и уходили глубже в землю, иногда на тысячи метров. Этот процесс продолжался миллионы лет.
Под сильным давлением и высокими температурами эти останки стали тем, что мы называем ископаемым топливом. Эти микроорганизмы стали нефтью, природным газом и углем.
Люди разработали процессы добычи этих ископаемых видов топлива и их использования для получения энергии. Однако ископаемое топливо — невозобновляемый ресурс.На их формирование уходят миллионы лет.
Технология солнечной энергии
Технология солнечной энергии использует солнечное излучение и преобразует его в тепло, свет или электричество.
Солнечная энергия — это возобновляемый ресурс, и многие технологии могут использовать ее непосредственно для использования в домах, на предприятиях, школах и больницах. Некоторые технологии солнечной энергии включают солнечные гальванические элементы и панели, солнечные тепловые коллекторы, солнечное тепловое электричество и солнечную архитектуру.
Фотоэлектрические системы используют солнечную энергию для ускорения электронов в солнечных элементах и выработки электричества. Эта форма технологии широко используется и может обеспечивать электричеством сельские районы, крупные электростанции, здания и небольшие устройства, такие как паркоматы и уплотнители мусора.
Солнечная энергия также может быть использована с помощью метода, называемого «концентрированная солнечная энергия», при котором солнечные лучи отражаются и увеличиваются с помощью зеркал и линз.
