Содержание
Верно ли утверждение, что Солнце — это звезда?
С уверенностью можно сказать, что Солнце — это самая настоящая звезда. Почему? Давайте рассмотрим факты.
- Оно не отражает свет, а излучает энергию самостоятельно.
- Поверхность нашего светила нагревается до 5 500 — 6 000 °C, а температура в ядре может достигать фантастической отметки в 15 000 000 °C.
- Вокруг Солнца по орбите вращаются целых 8 планет, которые вместе с ним образуют так называемую Солнечную систему, а само оно, как известно, не имеет ни своей собственной орбиты, ни единого спутника.
- 73% массы Солнца и целых 92% его объема — это водород, который является легким химическим элементом, 25% от массы и 7% от объема занимает гелий. И лишь ничтожный 1% занимают в составе светила другие элементы, такие как углерод, хром, кислород, азот, сера, никель, железо и другие.
- Поверхность Солнца никогда не бывает спокойной, на ней с завидной периодичностью происходят термоядерные реакции, провоцирующие выбросы невероятного количества энергии. Именно благодаря этому мы ежедневно можем наслаждаться дневным светом и получать тепло от солнечных лучей.
- Наверное, трудно поверить, но масса нашего светила составляет 99,86% от массы всей Солнечной системы, соответственно, оно в десятки, даже сотни тысяч раз превосходит в размерах любую из планет.
Солнце — это звезда, которую ученые отнесли к разряду желтых карликов за излучаемый ею, ровный желтый свет. Нашему светилу уже около 5 миллиардов лет, и оно считается четвертой по яркости звездой в Галактике. Остались ли у вас еще сомнения относительно вопроса о том, что же такое Солнце — это звезда или планета?
https://youtube.com/watch?v=nhVQKDYRsDQ
Эволюция Солнца
Предполагается, что Солнце родилось в сжавшейся газопылевой туманности. Есть, по крайней мере, две теории относительно того, что дало толчок первоначальному сжатию туманности. Согласно одной из них предполагается, что один из спиральных рукавов нашей галактики проходил через нашу область пространства примерно 5 млрд. лет назад. Это могло вызвать легкое сжатие и привести к формированию центров тяготения в газо-пылевом облаке. Действительно, сейчас вдоль спиральных рукавов мы видим довольно большое количество молодых звезд и светящихся газовых облаков. Другая теория предполагает, что где-то недалеко (по масштабам Вселенной, конечно) взорвалась древняя массивная сверхновая звезда. Возникшая ударная волна могла быть достаточно сильной, чтобы инициировать звездообразование в «нашей» газо-пылевой туманности. В пользу этой теории говорит то, что ученые, изучая метеориты, обнаружили довольно много элементов, которые могли образоваться при взрыве сверхновой.
Далее, когда столь грандиозная масса (2*1030кг) сжималась под действием сил гравитации, она сама себя сильно разогрела внутренним давлением до температур, при которых в ее центре смогли начаться термоядерные реакции. В центральной части температура на Солнце равна 15000000K, а давление достигает сотни миллиардов атмосфер. Так зажглась новорожденная звезда (не путайте с новыми звездами).
В основном Солнце в начале своей жизни состояло из водорода. Именно водород в ходе термоядерных реакций превращается в гелий, при этом выделяется энергия, излучаемая Солнцем. Солнце принадлежит к типу звезд, называемых желтыми карликами. Оно – звезда главной последовательности и относится к спектральному классу G2. Масса одинокой звезды довольно однозначно определяет ее судьбу. За время жизни (~5 миллиардов лет), в центре нашего светила, где температура достаточно высока, сгорело около половины всего имеющегося там водорода. Примерно столько же, 5 миллиардов лет, Солнцу осталось жить в таком виде, к которому мы с вами привыкли.
После того, как в центре светила водород будет на исходе, Солнце увеличится в размерах, станет красным гигантом. Это сильнейшим образом скажется на Земле: повысится температура, океаны выкипят, жизнь станет невозможной. Затем, исчерпав «топливо» совсем и не имея более сил держать внешние слои красного гиганта, наша звезда закончит свою жизнь как белый карлик, порадовав неведомых нам внеземных астрономов будущего новой планетарной туманностью, форма которой может оказаться весьма причудливой благодаря влиянию планет.
Смерть Солнца по времени
- Уже через 1,1 млрд. лет, светило увеличит свою яркость на 10 %, что повлечет сильное нагревание Земли.
- Через 3,5 млрд. лет, яркость увеличиться на 40%. Начнут испаряться океаны и наступит конец всему живому на Земле.
- По прошествии 5,4 млрд. лет, в ядре звезды закончится топливо – водород. Солнце начнет увеличиваться в размерах, за счет разрежения внешней оболочки и нагрева ядра.
- Через 7,7 млрд. лет, наша звезда превратиться в красного гиганта, т.к. увеличиться в 200 раз из-за этого будет поглощена планета Меркурий.
- В конце, через 7,9 млрд. лет, внешние слои звезды настолько разредятся, что распадаться на туманность, а в центре бывшего Солнца будет маленький объект – белый карлик. Так закончит существование наша Солнечная система. Все строительные элементы, оставшиеся после распада, не пропадут, они станут основой для зарождения новых звезд и планет.
Научные достижения до современности
Греческий философ Анаксагор принадлежал к числу тех, кто осмелился критиковать бытующие в те времена убеждения. Он заявил, что в небе видна не мифологическая колесница Гелиоса, а гигантский разгорячённый шар. За такие дерзкие рассуждения Анаксагора заточили в тюрьму и собирались лишить жизни. К счастью, за него вступился обладающий властью Перикл.
Раньше люди думали, что Солнце, появляясь утром на горизонте, а вечером исчезая с небосклона, перемещается вокруг Земли. Аристарх Самосский решил опровергнуть эти представления и предположил обратное. В 16 в. идея о движении нашей планеты вокруг звезды получила своё развитие благодаря Копернику.
С начала 17 в. изучать Солнце в космосе стало гораздо легче, так как был построен первый микроскоп. Учёные Галилей и Шейнер смогли с помощью прибора разглядеть на светящемся небесном объекте пятна. Между двумя исследователями возник спор об их происхождении. Шейнер принимал образования за движущиеся планеты. Галилей же, внимательно изучая пятна, понял, что они принадлежат самому светилу, а также сделал верный вывод о вращении звезды.
В 19 в. Анджело Секки удалось разложить естественный свет на цвета. Так была основана спектроскопия. Работа по этому научному направлению привела к обнаружению такого элемента в солнечном веществе, как гелий. Первое пятилетие 20 в. знаменуется ещё одним открытием – Джордж Хейл выяснил, что увиденные Галилеем пятна на Солнце произведены магнитным полем, провоцирующим локальное охлаждение поверхности.
Учёные долгое время не могли найти источник неиссякаемой энергии главной звезды. Озвучивались версии о накаливании тела вследствие бомбардировки метеоритами. Обсуждалось и гравитационное сжатие. Наконец, в 20 в. было сделано предположение о протекающих внутри термоядерных реакциях. Эта идея в дальнейшем получила своё подтверждение.
Солнечное ядро
Солнечное ядро – самое горячее и активное место в нашей звездной системе. Его размеры занимают четвертую часть всего Солнца, а плотность составляет 150*103 кг/куб. м. Температура в центре солнечного ядра достигает 14*106 градусов Цельсия.
Ежесекундно путем
термоядерных реакций в солнечном ядре образуется порядка 5 млн. тонн элементарных
частиц. Это коротковолновые гамма-кванты огромной энергетической мощности.
Энергия, возникающая при их образовании, нагревает все остальные оболочки
Солнца и распространяется за его пределы в виде света и потоков солнечного
ветра. Земля поглощает ничтожно малую часть от всего солнечного излучения –
0,5*10-9.
По подсчетам исследователей, водородного топлива для поддержания процессов энерговыделения в Солнце хватит еще на 6,5 миллиардов лет. После окончания запасов водорода звезда перейдет в фазу красного карлика – его оболочки многократно увеличатся в размере, поглотив внутренние планеты Солнечной системы, а ядро разогреется до 100 млн. градусов Цельсия. По окончанию этого периода жизни звезды ее внешние оболочки образуют планетарную туманность, а ядро окончательно оформится в белого карлика, который будет постепенно угасать.
изображение с разделением составляющих
Атмосфера солнца фотосфера
Земной воздух обычно прозрачен, но в туманный день его видимость снижается. Нечто подобное происходит на Солнце. Его внешняя атмосфера прозрачна, но когда человек пытается заглянуть вглубь, его взгляд блокируется.
Само слово «фотосфера» с греческого переводится, как легкая сфера. Область имеет толщину от десятков до сотен километров. Когда астрономы говорят о «диаметре» Солнца, они имеют в виду его размер, окруженный фотосферой. Эта область лишь на расстоянии выглядит как поверхность. Если бы человек попал на Солнце, он бы не ощутил никакой поверхности, а просто оказался в окружении плотного газа. Его состояние можно сравнить с падением на парашюте сквозь облака. Издалека они имеют форму, но пролетая сквозь них, никаких очертаний не замечаешь. По сравнению с земным воздухом солнечная атмосфера имеет меньшую плотность. В типичной точке фотосферы давление составляет менее 10% от давления Земли над уровнем моря, а плотность — примерно одну десятитысячную от плотности атмосферы Земли над уровнем моря.
Из телескопа можно увидеть, что фотосфера имеет пятнистый вид, напоминающий кипящую овсянку. Ее структуру астрономы называют грануляцией. Гранулы имеют диаметр от 700 до 1000 километров и выглядят как яркие области, окруженные узкими, более темными областями. Время жизни отдельной гранулы всего 5-10 минут.
Состав атмосферы Солнца
При наблюдении в 1868 году полного солнечного затмения в спектре солнечной атмосферы была обнаружена яркая жёлтая линия, которой до этого не получали в спектрах земных веществ. Это вещество было названо гелием (гелиос — означает Солнце).
На Земле оно было найдено только через 30 лет. В 1942 году в атмосфере Солнца было обнаружено, правда, в небольшом количестве, золото. Всего на Солнце найдено пока 64 элемента таблицы Менделеева. Исследования при помощи спектрального анализа показали такое содержание элементов в солнечной атмосфере (по числу атомов):
Химический элемент Содержание в процентах
Водород • . Гелий .
• . Углерод . . Азот …. Кислород Натрий . . Магний . Алюминий . Кремний . . Сера …. Калий . • . 81,760 18,170 0,003000 0,010000 0,030000 0,000300 0,020000 0,000200 0,006000 0,003000 0,000010
Химический элемент Содержание в процентах
Кальций Титан . . Ванадий Хром . . Марганец Железо . Кобальт Никель • Медь . . Цинк . . 0,000300 0,000003 0,000001 0,000006 0,000010 0,000800 0,000004 0,000200 0,000002 0,000030
В настоящее время считается, что по массе (а не по числу атомов) Солнце состоит на 50 процентов из водорода и на 40 процентов из гелия.
На все другие элементы приходится всего 10 процентов.
Атмосфера Солнца: фотосфера и хромосфера
Атмосфера — это газовая оболочка небесного тела, которая удерживается его гравитацией. Внешние слои звезд также называются атмосферой. Внешними считаются те слои, откуда хотя бы часть излучения может беспрепятственно, не поглощаясь более высокими слоями, уйти в окружающее пространство.
Атмосфера Солнца начинается на 200–300 км глубже видимого края солнечного диска. Эти самые глубокие слои атмосферы называют фотосферой. Поскольку их толщина составляет не более 1/3000 доли солнечного радиуса, фотосферу иногда условно называют поверхностью Солнца. Плотность газов в фотосфере примерно такая же, как в земной стратосфере, и в сотни раз меньше, чем у поверхности Земли. Температура фотосферы уменьшается от 8000 К на глубине 300 км до 4000 К в самых верхних ее слоях. Температура среднего слоя, к излучению которого чувствителен глаз человека, около 6000 К.
Особую роль в солнечной атмосфере играет отрицательный ион водорода, который представляет собой протон с двумя электронами. В земной природе такой ион не встречается. Это необычное соединение возникает в тонком внешнем, наиболее холодном слое фотосферы при «налипании» на нейтральные атомы водорода отрицательно заряженных свободных электронов, которые поставляются легко ионизуемыми атомами кальция, натрия, магния, железа и других металлов. При возникновении отрицательные ионы водорода излучают большую часть видимого света. Этот же свет ионы хорошо поглощают, из-за чего непрозрачность атмосферы с глубиной быстро растет. Поэтому видимый край Солнца и кажется нам очень резким.
Фотосфера постепенно переходит в более разреженные слои солнечной атмосферы — хромосферу и корону. Хромосфера (греч. «сфера цвета») названа так за свою красновато-фиолетовую окраску. Она видна во время полных солнечных затмений как клочковатое яркое кольцо вокруг черного диска Луны, только что затмившего Солнце. Хромосфера весьма неоднородна и состоит в основном из продолговатых вытянутых язычков (спикул), придающих ей вид горящей травы. Температура этих хромосферных струй в два-три раза выше, чем в фотосфере, а плотность — в сотни тысяч раз меньше. Общая протяженность хромосферы — 10–15 тыс. км.
Солнечное затмение — хорошая возможность наблюдать хромосферу
Рост температуры в хромосфере объясняется распространением волн и магнитных полей, проникающих в нее из конвективной зоны. Вещество нагревается примерно так же, как это происходит в микроволновой печи. Скорости тепловых движений частиц возрастают, учащаются столкновения между ними, и атомы теряют свои внешние электроны: вещество становится горячей ионизованной плазмой. Эти же физические процессы поддерживают и необычайно высокую температуру самых внешних слоев солнечной атмосферы, которые расположены выше хромосферы.
Часто во время затмений или при помощи специальных приборов над поверхностью Солнца можно наблюдать причудливой формы «фонтаны», «облака», «воронки», «кусты», «арки» и прочие ярко светящиеся образования из хромосферного вещества. Они бывают неподвижными или медленно изменяющимися, окруженными плавными изогнутыми струями, которые втекают в хромосферу или вытекают из нее, поднимаясь на десятки и сотни тысяч километров. Это самые грандиозные образования солнечной атмосферы — протуберанцы. При наблюдении в красной спектральной линии, излучаемой атомами водорода, они кажутся на фоне солнечного диска темными, длинными и изогнутыми волокнами. Протуберанцы имеют примерно ту же плотность и температуру, что и хромосфера. Но они находятся над ней и окружены более высокими, сильно разреженными верхними слоями солнечной атмосферы. Протуберанцы не падают в хромосферу потому, что их вещество поддерживается магнитными полями активных областей Солнца. Спектр протуберанцев, как и хромосферы, состоит из ярких линий, главным образом водорода, гелия и кальция. Линии излучения других химических элементов тоже присутствуют, но они намного слабее.
Иногда нечто похожее на взрывы происходит в очень небольших по размеру областях атмосферы Солнца. Это так называемые хромосферные вспышки. Они длятся обычно несколько десятков минут. Во время вспышек в спектральных линиях водорода, гелия, ионизованного кальция и некоторых других элементов свечение отдельного участка хромосферы внезапно увеличивается в десятки раз. Особенно сильно возрастает ультрафиолетовое и рентгеновское излучение: порой его мощность в несколько раз превышает общую мощность излучения Солнца в этой коротковолновой области спектра до вспышки.
Фотосфера
Фотосфера — единственный видимый с нашей планеты слой Солнца. Температура фотосферы — 6000 К. Она светится бело-желтым светом. Именно середина этого слоя и считается условной поверхностью Солнца и используется для расчета расстояний, то есть отсчета высоты и глубины.
Толщина фотосферы — около 700 км, она состоит из газа и испускает доходящее до Земли солнечное излучение. Верхние слои фотосферы более холодные и разряженные, чем нижние. Волны, возникающие в конвективной зоне и фотосфере, передают механическую энергию вышележащим областям и нагревают их. Вследствие этого верхняя часть фотосферы является самой холодной — около 4500 К. С обеих сторон от них температура быстро повышается.
Физические характеристики Солнца
Красивая симметричность полного солнечного затмения происходит потому, что Солнце в 400 раз больше, чем Луна, но также и в 400 раз дальше от Земли, что делает эти 2 тела одинаковыми в поперечнике по размерам в небе.
В полном объеме Солнца может быть размещено 1,3 миллиона планет размером с Землю.
99,86% от всей массы Солнечной системы сосредоточена в Солнце. Масса Солнца составляет 1 989 100 000 000 000 000 000 млрд. кг или в 333060 больше массы Земли.
Температура внутри Солнца может достигать 15 миллионов градусов по Цельсию. В ядре Солнца, энергия генерируется ядерного синтеза, как водород превращается в гелий. Так как горячие объекты, как правило, расширяются, Солнце взрывается как гигантская бомба, если бы не было его огромной гравитационной силы. Температура на поверхности Солнца ближе к 5600 градусов по Цельсию.
Земное ядро почти такое же горячее как поверхность Солнца, что составляет примерно 5600 градусов по Цельсию. Более холодными являются определенные зоны называемые солнечными пятнами (3,800° С) .
Различные части Солнца вращаются с разной скоростью. В отличие от обычных планет, Солнце является большим шаром, состоящим из невероятно горячего газообразного водорода. Из-за его подвижности, различные части Солнца вращаются с разной скоростью. Чтобы увидеть, как быстро вращается поверхность, необходимо наблюдать за движением солнечных пятен относительно его поверхности. Пятнам на экваторе требуется 25 земных суток, чтобы сделать один оборот, в то время как пятна на полюсах делают оборот за 36 дней.
Внешняя атмосфера Солнца горячее, чем его поверхность. Поверхность Солнца достигает температуры 6000 градусов Кельвина. Но это на самом деле гораздо меньше, чем атмосфера Солнца. Над поверхностью Солнца является область атмосферы, называемой хромосферы, где температура может достигать 100000 Кельвин. Но это ничего не значит. Там в еще более отдаленной регион, называемый коронный, который простирается до объема, даже больше, чем само Солнце. Температура в короне может достигать 1 млн. Кельвин.
Внутри Солнца, где происходят термоядерные реакции температура достигает немыслимых 15 миллионов градусов.
Солнце является почти идеальной сферой с разницей всего в 10 км в диаметре между полюсами и экватором. Средний радиус Солнца составляет 695 508 км (109,2 х земного радиуса).
По типу звездной величины оно относится к желтому карлику (G2V).
Диаметр Солнца составляет 1 392 684 километров.
Солнце имеет очень сильное магнитное поле. Солнечные вспышки происходят, когда энергетические потоки заряженных частиц высвобождаются Солнцем во время магнитных бурь, которые мы видим, как солнечные пятна. В солнечных пятнах, магнитные линии скручены и они вращаются, так же, как торнадо на Земле.
Существует ли вода на Солнце? Довольно странный вопрос… Ведь мы знаем, что водорода на Солнце, основное элемента воды, очень много, но чтобы была вода ещё нужен и такой химический элемент как кислород. Не так давно, международная группа ученых обнаружила, что Солнце есть вода (в частности, водяной пар).
Источник энергии Солнца
Современная гелиосейсмология определяет возраст нашего светила в 4,6 млрд лет. Какие источники столь продолжительного существования скрывают огненные недра? Что такое Солнце как источник энергии?
Ежесекундно Солнце излучает в мировое пространство энергии в 100 тыс. раз больше, чем человечество выработало за все время своего существования. Если бы весь объем нашей звезды заполнял каменный уголь, то такого запаса топлива, при излучении с обычной интенсивностью, едва хватило на 5 тыс. лет. Химические процессы и гравитационные взаимодействия тоже не годятся на роль «долгопериодического» источника энергии.
И только с открытием атомного распада и синтеза американский астрофизик Х. Бете предположил, что Солнце — это природный термоядерный реактор. Суть процесса сводится к образованию ядра гелия из четырех ядер водорода (протонов) с выделением энергии (Нобелевская премия по физике, 1967 год).
Строение Солнца в диаграмме
NASA специально разработало для образовательных потребностей схематическое изображение строения и состава Солнца с указанием температуры для каждого слоя:
- (Visible, IR and UV radiation) – это видимое излучение, инфракрасное излучение и ультрафиолетовое излучение. Видимое излучение – это свет, которые мы видим приходящим от Солнца. Инфракрасное излучение – это тепло, которое мы ощущаем. Ультрафиолетовое излучение – это излучение, дающее нам загар. Солнце производит эти излучения одновременно.
- (Photosphere 6000 K) – Фотосфера – это верхний слой Солнца, поверхность его. Температура 6000 Кельвин равна 5700 градусов Цельсия.
- Radio emissions (пер. Радио эмиссия) – Помимо видимого излучения, инфракрасного излучения и ультрафиолетового излучения, Солнце отправляет радио эмиссию, которую астрономы обнаружили с помощью радиотелескопа. В зависимости от количества пятен на Солнце, эта эмиссия возрастает и снижается.
- Coronal Hole (пер. Корональная дыра) – Это места на Солнце, где корона имеет небольшую плотность плазмы, в результате она темнее и холоднее.
- 2100000 К (2100000 Кельвин) – Радиационная зона Солнца имеет такую температуру.
- Convective zone/Turbulent convection (пер. Конвективная зона/Турбулентная конвекция) – Это места на Солнце, где тепловая энергия ядра передается с помощью конвекции. Столбы плазмы доходят до поверхности, отдают своё тепло, и вновь устремляются вниз, чтоб вновь нагреться.
- Coronal loops (пер. Корональные петли) – петли, состоящие из плазмы, в атмосфере Солнца, движущиеся по магнитным линиям. Они похожи на огромные арки, простирающиеся от поверхности на десятки тысяч километров.
- Core (пер. Ядро) – это солнечное сердце, в котором происходит ядерный синтез, при помощи высокой температуры и давления. Вся солнечная энергия происходит из ядра.
- 14,500,000 К (пер. 14,500,000 Кельвин) – Температура солнечного ядра.
- Radiative Zone (пер. Радиационная зона) – Слой Солнца, где энергия передается при помощи радиации. Фотон преодолевает радиационную зону за 200.000 и выходит в открытый космос.
- Neutrinos (пер. Нейтрино) – это ничтожно маленькие по массе частицы, исходящие из Солнца в результате реакции ядерного синтеза. Сотни тысяч нейтрино проходят через тело человека ежесекундно, но никакого вреда нам не приносят, мы их не чувствуем.
- Chromospheric Flare (пер. Хромосферная вспышка) – Магнитное поле нашей звезды может закручиваться, а потом резко разрывается в различных формах. В результате разрывов магнитных полей появляются мощные рентгеновские вспышки, исходящие из поверхности Солнца.
- Magnetic Field Loop (пер. Петля магнитного поля) – Магнитное поле Солнца находится над фотосферой, и видно, так как раскаленная плазма движется по магнитным линиям в атмосфере Солнца.
- Spot– A sunspot (пер. Солнечные пятна) – Это места на поверхности Солнца, где магнитные поля проходят через поверхность Солнца, и на них температура ниже, часто в виде петли.
- Energetic particles (пер. Энергичные частицы) – Они исходят из поверхности Солнца, в результате создается солнечный ветер. В солнечных бурях их скорость достигает скорости света.
- X-rays (пер. Рентгеновские лучи) – невидимые для глаза человека лучи, образующиеся во вспышек на Солнце.
- Bright spots and short-lived magnetic regions (пер. Яркие пятна и недолгие магнитные регионы) – Из-за перепада температур на поверхности Солнца появляются яркие и тусклые пятна.
Положение и движение Солнца
- Солнце и Земля;
- Солнце и Луна;
- Угол наклона Солнца: Как и почему;
- Орбита Солнца;
- Где находится Солнце;
- Солнечное созвездие;
- Где встает Солнце;
- Вращается ли Солнце;
Строение Солнца
- Из чего состоит Солнце;
- Фотосфера;
- Хромосфера;
- Корона Солнца;
- Переходный слой;
- Гелиосфера;
Особенности Солнца
- Солнечный цикл;
- Магнитное поле Солнца;
- Солнечные пятна;
- Факелы;
- Протуберанцы;
- Флоккулы и волокна;
- Спикулы;
- Корональные дыры;
- Корональные петли;
- Корональные стримеры;
- Гранулы и супергранулы;
- Солнечная радиация;
- Солнечный ветер;
Общее
- Эволюция Солнца;
- Как образуется солнечная энергия;
- Почему Солнце горячее;
- Почему Солнце красное;
