Внутреннее строение Солнца. Что находится внутри солнцаВнутреннее строение Солнца.Наше Солнце – это огромный светящийся газовый шар, внутри которого протекают сложные процессы и в результате непрерывно выделяется энергия. Внутренний объём Солнца можно разделить на несколько областей. Познакомимся с ними, начиная с самого центра. В центральной части Солнца находится источник его энергии. Эта область называется ядром. Под тяжестью внешних слоёв вещество внутри Солнца сжато, причём чем глубже, тем сильнее. Плотность его увеличивается к центру вместе с ростом давления и температуры. В ядре, где температура достигает 15 млн. К, происходит выделение энергии. Эта энергия выделяется в результате слияния атомов лёгких химических элементов в атомы более тяжёлых. В недрах Солнца из четырёх атомов водорода образуется один атом гелия. Ядро имеет радиус не более четверти общего радиуса Солнца. Однако в его объёме сосредоточена половина солнечной массы и выделяется практически вся энергия, которая поддерживает свечение Солнца. Но энергия горячего ядра должна как-то выходить наружу, к поверхности Солнца. Существуют различные способы передачи энергии в зависимости от физических условий среды, а именно: лучистый перенос, конвекция и теплопроводность. Сразу вокруг ядра начинается зона лучистой передачи энергии, где она распространяется через поглощение и излучение веществом порций света – квантов. Плотность, температура и давление уменьшаются по мере удаления от ядра, и в этом же направлении идёт поток энергии. В целом процесс этот крайне медленный. Чтобы квантам добраться от центра Солнца до фотосферы, необходимы многие тысячи лет: ведь, переизлучаясь, кванты всё время меняют направление, почти столь же часто двигаясь назад, как и вперёд. Так что если бы «печка» внутри Солнца вдруг погасла, то мы узнали бы об этом только миллионы лет спустя. На своём пути через внутренние солнечные слои поток энергии встречает такую область, где непрозрачность газа сильно возрастает. Это конвективная зона Солнца. Здесь энергия передаётся уже не излучением, а конвекцией. Что такое конвекция? Когда жидкость кипит, она перемешивается. Так же может вести себя и газ. То же самое происходит и на Солнце в области конвекции. Огромные потоки горячего газа поднимаются вверх, где отдают своё тепло окружающей среде, а охлаждённый солнечный газ опускается вниз. Конвективная зона начинается примерно на расстоянии 0.7 радиуса от центра и простирается практически до самой видимой поверхности Солнца (фотосферы), где перенос основного потока энергии вновь становится лучистым. Однако по инерции сюда всё же проникают горячие потоки из более глубоких, конвективных слоёв. Хорошо известная наблюдателям картина грануляции на поверхности Солнца является видимым проявлением конвекции.
Звёзды целиком состоят из газа. Но их внешние слои тоже именуют атмосферой. 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 одной трёхтысячной доли солнечного радиуса, фотосферу иногда условно называют поверхностью Солнца. Плотность газа в фотосфере примерно такая же, как в земной стратосфере, и в сотни раз меньше, чем у поверхности Земли. Температура фотосферы уменьшается то 8000 К на глубине 300 км. до 4000 К в самых верхних слоях. В телескоп с большим увеличением можно наблюдать тонкие детали фотосферы: вся она кажется усыпанной мелкими яркими зёрнышками – гранулами, разделёнными сетью узких тёмных дорожек. Грануляция является результатом перемешивания всплывающих более тёплых потоков газа и опускающихся более холодных. Разность температур между ними в наружных слоях сравнительно невелика, но глубже, в конвективной зоне, она больше, и перемешивание происходит значительно интенсивнее. Конвекция во внешних слоях Солнца играет огромную роль, определяя общую структуру атмосферы. В конечном счёте именно конвекция в результате сложного взаимодействия с солнечными магнитными полями является причиной всех многообразных проявлений солнечной активности. Фотосфера постепенно переходит в более разреженные внешние слои солнечной атмосферы – хромосферу и корону. Хромосфера (греч. «сфера света») названа так за свою красновато-фиолетовую окраску. Она видна вовремя полных солнечных затмений как клочковатое яркое кольцо вокруг чёрного 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 2-3 раза выше, чем в фотосфере, а плотность в сотни тысяч раз меньше. Общая протяжённость хромосферы – 10-15 тыс. км. Рост температуры в хромосфере объясняется распространением волн и магнитных полей, проникающих в неё из конвективной зоны. Вещество нагревается примерно так же, как если бы это происходило в гигантской 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 слоёв солнечной атмосферы, которые расположены выше хромосферы. Часто во время затмений над поверхностью солнца можно наблюдать причудливой формы «фонтаны», «облака», «воронки», «кусты», «арки» и прочие ярко светящиеся образования из хромосферного вещества. Это самые грандиозные образования солнечной атмосферы – протуберанцы. Они 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. Некоторые протуберанцы, пробыв долгое время без заметных изменений, внезапно как бы взрываются, и вещество их со скоростью в сотни километров в секунду выбрасывается в межпланетное пространство. В отличие от хромосферы и фотосферы самая внешняя часть атмосферы Солнца – корона – обладает огромной протяжённостью: она простирается на миллионы километров, что соответствует нескольким солнечным радиусам. Плотность вещества в солнечной короне убывает с высотой значительно медленнее, чем плотность воздуха в земной атмосфере. Корону лучше всего наблюдать во время полной фазы солнечного затмения. Главной особенностью короны является лучистая структура. Корональные лучи имеют самую разнообразную форму: иногда они короткие, иногда длинные, бывают лучи прямые, а иногда они сильно изогнуты. Общий вид солнечной короны периодически меняется. Это связано с одиннадцатилетнем циклом солнечной активности. Меняется как общая яркость, так и форма солнечной короны. В эпоху максимума солнечных пятен он имеет сравнительно округлую форму. Когда же пятен мало, форма короны становится вытянутой, при этом общая яркость короны уменьшается. Итак, корона Солнца – самая внешняя часть его атмосферы, самая разреженная и самая горячая. Добавим, что она и самая близкая к нам: оказывается, она простирается далеко от Солнца в виде постоянно движущегося от него потока плазмы – солнечного ветра. Фактически мы живём окружённые солнечной короной, хотя и защищённые от её проникающей радиации надёжным барьером в виде земного магнитного поля. studfiles.net Атмосфера и химический состав Солнца: описание и структураКогда мы наблюдаем солнечный летний пейзаж, нам кажется, что вся картина будто залита светом. Однако если посмотреть на солнце при помощи специальных приборов, то мы обнаружим, что вся поверхность его напоминает гигантское море, где бушуют огненные волны и перемещаются пятна. Каковы же основные составляющие солнечной атмосферы? Какие процессы происходят внутри нашей звезды и какие вещества входят в ее состав? Общие данныеСолнце – это небесное тело, являющееся звездой, причем единственной в Солнечной системе. Вокруг него вращаются планеты, астероиды, спутники и другие космические объекты. Химический состав Солнца примерно одинаков в любой его точке. Однако он существенно изменяется по мере приближения к центру звезды, где находится его ядро. Ученые обнаружили, что солнечная атмосфера делится на несколько слоев.
Какие химические элементы входят в состав СолнцаНе всегда человечество располагало теми данными о Солнце, которые сегодня имеет наука. Когда-то сторонники религиозного мировоззрения утверждали, что мир невозможно познать. И в качестве подтверждения своих идей они приводили тот факт, что человеку не дано узнать, каков химический состав Солнца. Однако прогресс в науке убедительно доказал ошибочность таких взглядов. Особенно продвинулись ученые в деле исследования звезды после изобретения спектроскопа. Химический состав Солнца и звезд ученые изучают при помощи спектрального анализа. Так, они выяснили, что состав нашей звезды весьма разнообразен. В 1942 году исследователи обнаружили, что на Солнце присутствует даже золото, хотя его и не так много.
Другие веществаГлавным образом в химический состав Солнца входят такие элементы, как водород и гелий. Их преобладание характеризует газообразную природу нашей звезды. Содержание других элементов, например, магния, кислорода, азота, железа, кальция незначительно. При помощи спектрального анализа исследователи выяснили, каких веществ точно нет на поверхности этой звезды. Например, хлора, ртути и бора. Однако ученые предполагают, что эти вещества, помимо основных химических элементов, входящих в состав Солнца, могут находиться в его ядре. Практически на 42% наша звезда состоит из водорода. Примерно 23% приходится на все металлы, которые есть в составе Солнца.
Немного интересных фактовКак и большинство параметров других небесных тел, характеристики нашей звезды рассчитываются лишь теоретически при помощи вычислительной техники. В качестве исходных данных служат такие показатели, как радиус звезды, масса и ее температура. В настоящее время ученые определили, что химический состав Солнца представлен 69 элементами. Большую роль в этих исследованиях играет спектральный анализ. Например, благодаря ему был установлен состав атмосферы нашей звезды. Также была обнаружена интересная закономерность: набор химических элементов в составе Солнца удивительно похож на состав каменных метеоритов. Этот факт – важное свидетельство в пользу того, что эти небесные тела имеют общее происхождение.
Огненный венецСолнечная корона представляет собой слой сильно разреженной плазмы. Температура ее достигает 2 млн кельвинов, а плотность вещества превосходит плотность земной атмосферы в сотни миллионов раз. Здесь атомы не могут быть в нейтральном состоянии, они постоянно сталкиваются и ионизируются. Корона является мощным источником ультрафиолетового излучения. Вся наша планетная система подвержена воздействию солнечного ветра. Его изначальная скорость равна практически 1 тыс км/сек, однако по мере удаления от звезды она постепенно уменьшается. Скорость солнечного ветра у поверхности земли равна приблизительно 400 км/сек.
Общие представления о коронеСолнечный венец иногда называют атмосферой. Однако он является лишь ее внешней частью. Проще всего корону наблюдать во время полного затмения. Тем не менее зарисовать ее будет очень трудно, ведь затмение длится всего лишь несколько минут. Когда же была изобретена фотография, астрономы смогли получить объективное представление о солнечной короне. Уже после того как были сделаны первые снимки, исследователям удалось обнаружить области, которые связаны с повышенной активностью звезды. Корона Солнца имеет лучистую структуру. Она является не только самой горячей частью его атмосферы, но и по отношению к нашей планете находится ближе всего. Фактически, мы постоянно находимся в ее пределах, ведь солнечный ветер проникает в самые отдаленные уголки солнечной системы. Однако от ее радиационного воздействия мы защищены земной атмосферой. Ядро, хромосфера и фотосфераЦентральная часть нашей звезды называется ядром. Его радиус равен примерно четверти общего радиуса Солнца. Вещество внутри ядра очень сжато. Ближе к поверхности звезды находится так называемая конвективная зона, где происходит движение вещества, порождающее магнитное поле. Наконец, видимая поверхность Солнца называется фотосферой. Она представляет собой слой толщиной более 300 км. Именно из фотосферы на Землю приходит солнечное излучение. Температура ее достигает приблизительно 4800 кельвинов. Водород здесь сохраняется практически в нейтральном состоянии. Над фотосферой расположена хромосфера. Ее толщина составляет порядка 3 тыс. км. Хотя хромосфера и корона Солнца находятся над фотосферой, четких границ между этими слоями ученые не проводят. ПротуберанцыХромосфера имеет очень низкую плотность и по силе излучения уступает солнечной короне. Однако здесь можно наблюдать интересное явление: гигантские языки пламени, высота которых составляет несколько тысяч километров. Они носят название солнечных протуберанцев. Иногда протуберанцы поднимаются на высоту до миллиона километров над поверхностью звезды.
ИсследованияПротуберанцам свойственны те же показатели плотности, что и хромосфере. Однако они располагаются непосредственно над ней и окружаются ее разреженными слоями. Впервые в истории астрономии протуберанцы наблюдались исследователем из Франции Пьером Жансеном и его английским коллегой Джозефом Локьером в 1868 г. Их спектр включает в себя несколько ярких линий. Химический состав Солнца и протуберанцев очень схож. Главным образом в нем представлен водород, гелий и кальций, а присутствие других элементов незначительно. Некоторые протуберанцы, просуществовав определенный промежуток времени без видимых изменений, внезапно взрываются. Их вещество с гигантской скоростью, достигающей нескольких километров в секунду, выбрасывается в близлежащее космическое пространство. Внешний вид хромосферы часто меняется, что свидетельствует о различных процессах, происходящих на поверхности Солнца, в том числе и о движении газов. В областях звезды с повышенной активностью можно наблюдать не только протуберанцы, но и пятна, а также усиление магнитных полей. Иногда при помощи специальной аппаратуры на Солнце обнаруживаются вспышки особенно плотных газов, температура которых может достигать огромных величин. Хромосферные вспышкиИногда радиоизлучение нашей звезды увеличивается в сотни тысяч раз. Такое явление называют хромосферной вспышкой. Оно сопровождается образованием пятен на поверхности Солнца. Сначала вспышки были замечены в виде повышения яркости хромосферы, однако впоследствии оказалось, что они представляют собой целый комплекс различных явлений: резкого повышения радиоизлучения (рентгеновского и гамма-излучения), выброса массы из короны, протонных вспышек.
Делаем выводыИтак, мы выяснили, что химический состав Солнца представлен большей частью двумя веществами: водородом и гелием. Конечно, есть и другие элементы, но их процент невысок. Кроме того, ученые не обнаружили никаких новых химических веществ, которые бы входили в состав звезды и при этом отсутствовали бы на Земле. В солнечной фотосфере происходит формирование видимого излучения. Оно в свою очередь имеет колоссальное значение для поддержания жизни на нашей планете. Солнце является раскаленным телом, которое непрерывно испускает белый свет. Его поверхность окружена облаком газов. Их температура не настолько высока, как у газов внутри звезды, однако и она впечатляет. Спектральный анализ позволяет на расстоянии узнать, каков химический состав Солнца и звезд. А поскольку спектры многих звезд очень похожи на спектры Солнца, это означает, что их состав примерно одинаков. Сегодня процессы, происходящие на поверхности и внутри главного светила нашей планетарной системы, включая исследование его химического состава, изучаются астрономами в специальных солнечных обсерваториях. fb.ru Внутреннее строение СолнцаПодробно: © Владимир КалановЗнания-сила Ниже приводятся некоторые числовые данные, касающиеся Солнца:Среднее расстояние от Земли – 149 597 870 км. Размеры Солнца очень велики́. Так, радиус Солнца в 109 раз больше радиуса Земли, что составляет 696000 км. Масса Солнца – в 330000 раз больше массы Земли – это около 1,989•1030 кг (Масса Земли – 5,976•1024 кг). Средняя плотность Солнца – 1400 кг/м3, это около 0,256 от средней плотности Земли (в 1,4 раза больше плотности воды, для сравнения: плотность Красного гиганта считается равной 5•10-8, плотность Белого карлика 106, плотность нейтронной звезды, равная плотности атомного ядра́, составляет 1014). Ускорение силы тяжести на уровне фотосферы – 27,9 g (g= 9,8 м/с2). Период вращения на экваторе – 25,4 земных суток. Температура фотосферы – 5800 °C. Химический состав, определённый из анализа солнечного спектра – водород (71 %), гелий (26,5 %) и многочисленные другие элементы в ионизированном состоянии. На Солнце не обнаружено никаких химических элементов, помимо тех, которые имеются на Земле (Кстати, гелий впервые был обнаружен на Солнце, а затем уже на Земле). Это указывает на то, что небесные тела состоят из тех же веществ, что и Земля. Мощность излучения (светимость) – 3,74•1023кВт. Средний цикл солнечной активности – 11 лет (полный - 22 года). Возраст – около 5-ти млрд. лет. Полное количество энергии, излучаемой Солнцем, составляет L = 3,86•1033 эрг/с = 3,86•1026 Вт. Это соответствует 6,5 кВт с каждого квадратного сантиметра его поверхности! • Примерно лишь одну двухмиллиардную часть этой энергии получает Земля. (Земля перехватывает своей поверхностью 1/2 200 000 000 часть энергии солнечного излучения. В среднем 36 % падающего на Землю света отражается обратно в космос. Почти все движения на Земле и почти вся жизнь существуют благодаря солнечной энергии. Исключением являются движения, связанные с внутренним теплом планеты. Но его приток к поверхности в 4000 раз слабее солнечного. Поэтому лишившись солнечной энергии, атмосфера отверде́ла бы, превратившись в ледник толщиною около 7 метров). Ядерного "топлива" хватит, чтобы обеспечить нынешнюю мощность излучения Солнца ещё на срок, не меньший 5 млрд. лет. Но и после исчерпа́ния водородного "топлива" в центральной области светила выделение энергии не прекратится, только оно будет происходить в слоях более близких к поверхности. Мощность излучения возрастёт до значений, при которых жизнь на Земле станет невозможной (см. теорию эволюции звёзд и разделы "Будущее Солнца" и "Конец света"). Это приведёт к радикальным переменам, в результате которых произойдёт полное разрушение Земли (и, возможно, образование планетарной туманности). Ядро и зона переноса лучистой энергии Внутреннее строение Солнца Наше Солнце - это огромный светящийся газовый шар, внутри которого протекают сложные процессы и в результате непрерывно выделяется энергия. Внутренний объём Солнца можно разделить на несколько областей; вещество в них отличается по своим свойствам, и энергия распространяется посредством разных физических механизмов. Познакомимся с ними, начиная с самого центра. В центральной части Солнца находится источник его энергии, или, говоря образным языком, та "печь", которая нагревает его и не даёт ему остыть. Эта область называется ядром. Под тяжестью внешних слоёв вещество внутри Солнца сжато, причём чем глубже, тем сильнее. Плотность его увеличивается к центру вместе с ростом давления и температуры. В ядре, где температура достигает 15 млн. Кельвинов, происходит выделение энергии. Эта энергия выделяется в результате слияния атомов лёгких химических элементов в атомы более тяжёлых. Реакции, протекающие в недрах Солнца, мы рассмотрим позже более подробно. Ядро имеет радиус не более четверти общего радиуса Солнца. Однако в его объёме сосредоточена половина солнечной массы и выделяется практически вся энергия, которая поддерживает свечение Солнца. Но энергия горячего ядра должна как-то выходить нару́жу, к поверхности Солнца. Существуют различные способы передачи энергии в зависимости от физических условий среды́, а именно: лучистый перенос, конвекция и теплопроводность. Необходимо отметить, что теплопроводность не играет большой роли в энергетических процессах на Солнце и звёздах, тогда как лучистый и конвективный переносы очень важны и имеют первостепенное значение. Сразу вокруг ядра начинается зона лучистой передачи энергии, где она распространяется через поглощение и излучение веществом порций света - квантов. Плотность, температура и давление уменьшаются по мере удаления от ядра, и в этом же направлении идёт поток энергии. В целом процесс этот крайне "медленный". Чтобы квантам добраться от центра Солнца до фотосферы, необходимы миллионы лет: ведь, переизлуча́ясь, кванты всё время меняют направление, почти столь же часто хаотически двигаясь назад, как и вперёд. Но когда они в конце концов выберутся нару́жу, это будут уже совсем другие кванты. Что же с ними произошло? В центре Солнца рождаются гамма-кванты. Их энергия в миллионы раз больше, чем энергия квантов видимого света, а длина волны́ очень мала. По дороге кванты претерпевают удивительные превращения. Отдельный квант сначала поглощается каким-нибудь атомом, но тут же снова переизлуча́ется; чаще всего при этом возникает не один прежний квант, а два или даже несколько. По закону сохранения энергии их общая энергия сохраняется, а потому энергия каждого из них уменьшается. Так возникают кванты всё меньших и меньших энергий. Мощные гамма-кванты как бы дробятся на менее энергичные кванты - сначала рентгеновских, потом ультрафиолетовых и наконец видимых и инфракрасных лучей. В итоге наибольшее количество энергии Солнце излучает в видимом свете. Процессы адсорбции и повторного излучения квантов настолько интенсивны, что выделяемой в виде гамма-излучения энергии, для того чтобы вырваться на поверхность, требуются миллионы лет, то есть доходящий до нас сегодня свет Солнца родился от жа́ра, возникшего в его недрах миллионы лет назад! Это означает, что кванту требуется очень много времени, чтобы просочиться через плотное солнечное вещество наружу. Так что, если бы "печь" внутри Солнца вдруг погасла, то мы узнали бы об этом только миллионы лет спустя. Конвективная зонаВ ходе процессов столкновения гамма-фотоны теряют энергию. В некоторой точке их энергия, поначалу очень высокая, становится равна термической энергии солнечной материи. С этого момента доминирующим становится процесс конвекции. В отличие от зоны радиационного переноса, где энергия переносится гамма-лучами, в конвективной зоне излучение и материя имеют одинаковую температуру, и большую часть энергии здесь переносит материя. На своём пути через внутренние солнечные слои поток энергии встречает такую область, где непрозрачность газа сильно возрастает. Это конвективная зона Солнца. Здесь энергия передаётся уже не излучением, а конвекцией. Что такое конвекция? Это ни что́ иное, как перемешивание, в данном случае, аналог перемешивания жидкости при кипении. Так же, как жидкость, может вести́ себя и газ. Вот классический пример наблюдения конвекции газов: в жаркий день, когда земля нагрета лучами Солнца, на фоне удалённых предметов хорошо заметны поднимающиеся струйки горячего воздуха. Их легко наблюдать и над пламенем газовой горелки, и над раскалённой конфоркой плиты. То же самое происходит и на Солнце в области конвекции. Огромные потоки горячего газа поднимаются вверх, где отдают своё тепло окружающей среде, а охлаждённый солнечный газ опускается вниз. Похоже, что солнечное вещество кипит и перемешивается, как вязкая крупи́нчатая масса на огне. Конвективная зона начинается примерно на расстоянии 0,7 радиуса от центра и простирается практически до самой видимой поверхности Солнца (фотосферы), где перенос основного потока энергии вновь становится лучистым. Верхняя граница конвективной зоны выглядит в виде мелких гранул, видоизменя́ющихся на протяжении нескольких минут, так называемых рисовых зёрен, видимых на солнечной поверхности даже через телескоп с достаточно скромными возможностями. Однако по инерции сюда всё же проникают горячие потоки из более глубоких, конвективных слоёв. Хорошо известная наблюдателям картина грануляции на поверхности Солнца является видимым проявлением конвекции. Солнечная активность непостоянна. Существовал период очень низкой активности Солнечных пятен во второй половине семнадцатого века, который совпал по времени с аномально холодным периодом в северной Европе, иногда называемым малым ледниковым периодом. Со времени формирования Солнечной системы излучение Солнца увеличилось примерно на 40%. Возраст Солнца - приблизительно 4,5 миллиарда лет. Процессы, происходящие в нём начиная с рождения, исчерпа́ли приблизительно половину водорода, содержавшегося в ядре. Оно продолжит излучать "мирно" ещё около 5-7-ми миллиардов лет. Но в конечном счете водородное топливо будет исчерпано. На нашем сайте вы можете посмотреть реальные снимки Солнца на разных длинах волн за текущую дату, предоставляемые космической обсерваторией SOHO. znaniya-sila.narod.ru Как работает Солнце | qriosity.ru Когда в последний раз вы смотрели вверх и удивлялись той таинственной, живительной силе, что дает Солнце? Солнце согревает нашу планету каждый день, дает свет, благодаря которому мы видим и необходимо для жизни на Земле . Оно может поместить один миллион триста тысяч Земных шаров внутри своей сферы. Она производит закаты, достойные стихотворений и энергию, равную взрыву одного триллиона мегатонных ядерных бомб каждую секунду. Наше Солнце является обычной старой средней звездой, по всеобщим стандартам. Особое влияние на Землю оно оказывает потому, что расположено к ней довольно близко. Итак, как близко наше Солнце? Сколько места нужно, чтобы поместить 1300000 Земель? Если солнце находится в космическом вакууме, то как оно горит? Почему на Солнце возникают солнечные вспышки? Погаснет ли когда-нибудь Солнце? И что тогда будет с Землей и ее жителями? В этой статье мы рассмотрим увлекательный мир ближайшей к нам звезды. Мы будем смотреть на Солнце, узнаем, как оно создает свет и тепло, а также изучим его основные особенности. Солнце начало гореть более чем 4,5 миллиардов лет назад. Это массовое скопление газа, в основном водорода и гелия. Оттого, что Солнце так массивно, оно имеет огромную гравитацию и достаточно гравитационной силы, чтобы не только держать весь этот водород и гелий вместе, но и удерживать все планеты Солнечной системы на своих орбитах вокруг Солнца. Солнце это гигантский ядерный реактор.
Факты о СолнцеСреднее расстояние от Земли : 150 миллионов километров Радиус : 696000 км Масса : 1,99 х 10 30 кг (330 000 масс Земли) Состав (по массе) : 74% водорода, 25% гелия, 1% других элементов Средняя температура : 5800 градусов Кельвина (поверхность), 15500000 градусов Кельвина (ядро) Средняя плотность : 1,41 грамма на см 3 Объем : 1,4 х 10 27 кубических метров Период вращения : 25 дней (в центре) до 35 дней (полюса) Расстояние от центра Млечного Пути : 25 000 световых лет Орбитальная скорость / период : 230 километров в секунду / 200 миллионов лет
Части СолнцаСолнце является такой же звездой, как и другие звезды, которые мы видим ночью. Разница в расстоянии. Другие звезды, которые мы видим, находятся на многих световых лет от Земли, а наше Солнце находится всего в 8 минутах движения света — во много тысяч раз ближе. Официально, солнце классифицируется как звезда типа G2V желтый карлик, на основе спектра света, который оно излучает. Солнце является лишь одной из миллиардов звезд, которые вращаются вокруг центра нашей Галактики , состоит из того же вещества и компонентов.  Схема строения Солнца Солнце состоит из газа, у которого нет твердой поверхности. Тем не менее, оно имеет определенную структуру. Три основных структурных областей Солнца: Ядро - центр Солнца, содержащей 25 процентов его радиуса. Зона лучистого переноса — область, непосредственно окружающая ядро, содержащая 45 процентов его радиуса. Конвективная зона - внешний слой Солнца, содержащий 30 процентов от его радиуса. Над поверхностью Солнца расположена его атмосфера, которая состоит из трех частей: Фотосфера — внутренняя часть атмосферы Солнца Хромосфера — область между фотосферой и короной Корона — самый верхний слой солнечной атмосферы, состоящий из солнечных вихрей — протуберанцев и энергетических извержений, создающих солнечный ветер. Все основные особенности Солнца можно объяснить ядерными реакциями, которые производят энергию, магнитными полями, возникающими в результате движения газа и его огромной массой.
Солнечное ядроЯдро находится в центре и занимает 25 процентов радиуса Солнца. Его температура превышает 15 миллионов градусов Кельвина. Сила гравитации создает сильное давление. Давление достаточно высокое, чтобы заставить атомы водорода соединяться вместе в реакции ядерного синтеза — то, что мы пытаемся воспроизвести здесь, на Земле. Два атома водорода объединяются для создания гелия-4 и энергии в несколько этапов:
На эти реакции приходится 85 процентов энергии Солнца. Остальные 15 процентов поступают из следующих реакций:
Атомы гелия-4 менее массивны, чем два атома водорода, который запускает процесс, так что разница в массе преобразуется в энергию, как описано в теории относительности Эйнштейна (E=MC²). Энергия излучается в различных формах света: ультрафиолет, рентгеновские лучи, видимый свет, инфракрасный, микроволны и радиоволны. Солнце также излучает заряженные частицы (нейтрино, протоны), входящие в состав солнечного ветра . Эта энергия достигает Земли, согревая планету, управляет нашей погодой и обеспечивает энергию для жизни. Мы не пострадаем от солнечных излучений, пока атмосфера Земли защищает нас.
Зона лучистого переноса и конвективная зонаЗона лучистого переноса расположена снаружи от ядра и составляет 45 процентов радиуса Солнца. В этой зоне энергия от ядра передается наружу фотонами (частицами света). Фотон после появления путешествует около 1 микрона (1 миллионная часть метра), а затем поглощается молекулой газа. После этого поглощения молекула газа нагревается и повторно излучает другой фотон той же длины волны. Переизлученный фотон преодолевает следующий микрон до поглощения следующей молекулой газа и цикл повторяется. Каждое взаимодействия фотонов и молекул газа для прохождения фотоном зоны лучистого переноса занимает много времени, вплоть до миллионов лет, но, в среднем, 170000 лет. Приблизительно 10 25 поглощений и повторных выбросов необходимо совершить для этого путешествия. Конвективная зона является наружным слоем и составляет 30 процентов радиуса Солнца. В ней преобладают конвекционные потоки, которые несут энергию наружу. Эти конвекционные потоки поднимают горячий газ на поверхность, в то время, как более холодное вещество фотосферы опускается в глубь конвективной зоны. В конвекционных потоках фотоны достигают поверхности быстрее, чем процесс переноса излучения, который происходит в зоне лучистого переноса. Весь процесс движения занимает у фотона, примерно, 200000 лет, чтобы достичь поверхности Солнца.
Атмосфера СолнцаМы наконец добрались до поверхности Солнца. Так же, как Земля , Солнце имеет атмосферу. Тем не менее, эта атмосфера состоит из фотосферы, хромосферы и короны .  Солнце, как оно видится в телескоп Фотосфера является самым нижним регионом атмосферы Солнца и является областью, которую мы можем видеть. Выражение «Поверхность Солнца» обычно относится к фотосфере. Фотосфера имеет толщину от 100 до 400 километров и среднюю температуру 5800 градусов Кельвина. Хромосфера внешняя оболочка Солнца толщиной около 2000 километров. Температура хромосферы поднимается от 4500 градусов до 10000 градусов по Кельвину.Хромосфера, как полагают, нагревается посредством конвекции в нижележащей фотосфере. При этом возникают тонкие и длинные горячие выбросы, так называемые спикулы. Длина спикулы может достигать 5000 километров, а длительность «жизни» — несколько минут. Одновременно на поверхности Солнца можно видеть до 70000 спикул. Поэтому возникает визуальный эффект, похожий на горящую прерию.  Коронарные петли на Солнце Корона является последний слоем Солнца и простирается на несколько миллионов километров в пространство. Ее видно лучше всего во время солнечного затмения и на рентгеновских изображениях Солнца. Температура короны, в среднем, 2000000 градусов Кельвина. Хотя никто не знает, почему корона настолько горяча, это, как полагают, вызвано магнетизмом солнца. Корона имеет яркие области (горячие) и темные области, называемые корональными дырами. Корональные дыры являются относительно прохладными и из них исходит солнечный ветер. Через телескоп мы видим несколько интересных особенностей на Солнце, которые могут иметь последствия на Земле. Давайте рассмотрим три из них: солнечные пятна, протуберанцы и солнечные вспышки.
Солнечные пятна, протуберанцы и солнечные вспышкиТемные, прохладные области, называемые солнечными пятнами появляются на фотосфере. Пятна на солнце всегда появляются парами и являются интенсивными магнитными полями (около 5000 раз мощнее, чем магнитное поле Земли), которые прорываются через поверхность. Силовые линии выходят через одно солнечное пятно и повторно входят через другое. Солнечная активность происходит как часть 11-летнего цикла и называется солнечным циклом, где есть периоды максимальной и минимальной активности. Не известно, что является причиной этого 11-летнего цикла, но две гипотезы были предложены: 1. Неравномерное вращение Солнца искажает и изгибы линий магнитного поля. Они прорываются через поверхность, образуя пары солнечных пятен. В конце концов, силовые линии разбиваются на части и солнечная активность снижается. Цикл начинается снова. 2. Огромные, трубчатой формы, круги газа изнутри Солнца появляются в высоких широтах и начинают двигаться в сторону его экватора. Когда они катятся друг за другом, то образуют пятна. Когда они достигают экватора, то распадаются и пятна исчезают. Иногда облака газов из хромосферы начинают расти и ориентироваться вдоль магнитных силовых линий от пар солнечных пятен. Эти арки газа называются солнечными протуберанцами . Протуберанцы могут длиться два-три месяца и может достигать 50 000 километров или более над поверхностью Солнца. По достижении этой высоты, они могут вспыхнуть в течение от нескольких минут до нескольких часов и передавать большие объемы материала через корону и наружу в космос на скорости до 1000 километров в секунду. Эти извержения называют корональным выбросом массы. Иногда в сложных группах пятен, происходят резкие, сильные взрывы. Они называются солнечными вспышками . Солнечные вспышки, как считается, вызваны внезапным изменениям магнитного поля в области, где концентрируется магнитное поле Солнца. Они сопровождаются выделением газа, электронов, видимого света, ультрафиолетового света и рентгеновских лучей. Когда это излучение и эти частицы достигают магнитного поля Земли, они взаимодействуют с ним на ее магнитных полюсах получая сияния (Северное и Южное).  Северное сияние Солнечные вспышки могут также нарушать связь, навигационные системы и даже электросети. Излучения и частицы ионизируют атмосферу и предотвращают перемещения радиоволн между спутниками и землей или между землей и землей. Ионизированные частицы в атмосфере могут вызывать электрические токи в линиях электропередач и быть причиной скачков напряжения. Эти скачки напряжения могут привести к перегрузке энергосистемы и стать причиной отключений. Вся эта бурная деятельность требует энергии, которая имеется в недостаточном количестве. В конце концов, у Солнце закончится топливо.
Судьба СолнцаСолнце светило в течение приблизительно 4,5 миллиарда лет. Размер Солнца является балансом между направленным наружу давлением, созданным высвобождением энергии ядерного синтеза и внутренним притяжением гравитации. За свою 4500000000 лет жизни, радиус Солнца стал на 6 процентов больше. Оно имеет достаточно водородного топлива, чтобы сжечь его в течение, примерно, 10 миллиардов лет, то есть в запасе еще имеется немного более 5 миллиардов лет и за это время Солнце будет продолжать расширяться с той же скоростью. По мере того, как водородное топливо будет заканчиваться, яркость и температура Солнца будут расти. Примерно, через 1 миллиард лет Солнце станет настолько ярким и горячим, что жизнь на Земле останется только в океанах и на полюсах. Через 3,5 миллиарда лет температура на поверхности Земли станет такой же, как сейчас на Венере. Вода испарится и жизнь на поверхности Земли прекратится. Когда в ядре Солнца закончится водородное топливо, оно начнет сжиматься под тяжестью гравитации. Когда ядро сжимается, оно нагревается и это нагреет верхние слои, вызывая их расширение и запуская реакцию горения водорода в верхних слоях Солнца. Когда внешние слои расширятся, радиус Солнца увеличится и оно станет красным гигантом, пожилой звездой.  Солнце через 3,5 миллиарда лет Радиус красного Солнца увеличится в 100 раз, достигнув земной орбиты, так что Земля погрузится в ядро красного гиганта и испарится. Через некоторое время после этого, ядро станет достаточно горячим, чтобы вызвать синтез углерода и кислорода из гелия. Радиус Солнца уменьшится. Когда гелиевое топливо исчерпается, то ядро вновь станет то расширяться, то сжиматься. Верхняя оболочка Солнца будет сорвана и превратятся в планетарную туманность, а само Солнце станет белым карликом размером с Землю. В конце концов, Солнце будет постепенно охлаждаться до почти невидимого черного карлика. Весь этот процесс займет несколько миллиардов лет. Так что, в течение следующего миллиарда лет для человечества Солнце является безопасным. О других опасностях, например, астероидных, можно только догадываться. qriosity.ru Внутреннее строение Солнца
Наша собственная звезда, Солнце - это альфа и омега Солнечной системы. Жизнь на Земле стала возможной благодаря энергии, получаемой от Солнца. Внутреннее строения нашей звезды слоистое, как у лука. Теория звездной эволюции так хорошо развита сегодня, что мы можем узнать, внутреннюю структуру звезд, таких как Солнце, отталкиваясь только от его начальной массы в качестве параметра. Слои Солнца показывают, тепловой градиент с высокими температурами в ядре и постепенно уменьшающимся с выходим наружу. Вся масса Солнца находится в газообразном состоянии и в основном состоит из водорода и гелия. Давайте посмотрим на различные слои Солнца по порядку, начиная от самых горячих. Солнечное ядроСолнечное ядро - самый глубокий из всех слоев Солнца, с температурой около 15 миллионов градусов по Кельвину (читайте подробнее о температуре Солнца)! Плотность ядра составляет около 160 г / см3, что в десять раз больше, чем блок свинца, который считается одным из самых плотных объектов на Земле. Не удивительно, что 40% массы Солнца содержится в ядре, которое занимает только 10% его объема! При таких высоких температурах и высоких плотностях, ядра водорода не отскакивают, когда бьют друг друга, но сливаются с образованием гелия! Это процесс ядерного синтеза, который отвечает за феноменальную энергию Солнца. Доли расплавленной массы преобразуется в энергию. Смесь этих реакций выпускает гамма-лучи и нейтрино с высокой энергией, которые начинают свое путешествие из внутреннего ядра к фотосфере. На своем пути, гамма-фотоны преобразуется в несколько фотонов с низкой энергией за счет столкновений с атомами газа. Нейтрино не останавливаются и проходят через солнечную оболочку, не вступая в реакции с другими элементами. Радиационная оболочкаСледующий слой - это радиационный слой или конвективная зона. Температура здесь около 4 миллионов градусов Кельвина (3999727.85 ° C), а это означает, что термоядерные реакции не могут происходить в этом слое. Плотность существенно сокращается, и остальные 60% процентов от массы Солнца, содержится в 90% объема внешней оболочки Солнца. Оболочка Солнца передает тепло медленно, в направлении внешних слоев через конвекцию, благодаря температурному градиенту. Огромные ячейки циркулирующего газа выходят в конвекционный поток протяженностью в сотни километров. Вот почему эта оболочка называется конвективной зоной. ФотосфераВ конце конвективной зоны находится фотосфера, которая и есть поверхностью Солнца. Только несколько сотен километров в толщину, это внешний и только видимый слой Солнца. Это слой, из которого испускаются солнечные лучи. Его состав может быть изучен на основе анализа спектра излучения Солнца. Фотосфера состоит из низко-температурных или холодных пятен, которые называются «Солнечные пятна». Они появляются из-за динамики магнитного поля Солнца и усиливаются периодически в 11 летнем цикле. ХромосфераЗа пределами фотосферы, находится один из самых тонких слоев Солнца - хромосфера. Она в основном состоит из водорода, который придает ей красный цвет, что хорошо видно во время солнечного затмения. Ее температура выше, чем фотосферы на 7000 градусов Кельвина. КоронаОна окружает хромосферу и считается самым редким из всех слоев Солнца. Удивительно, но температура этого слоя в диапазоне от 1 до 3 миллионов градусов Кельвина! Источник нагрева короны до сих пор загадка. Существует гипотеза, что корона нагревается от влияния магнитного поля. Корона является свидетелем высокой вспышки энергии, которые называются солнечные вспышки. Их температура была зарегистрированы примерно в 11 миллионов градусов Кельвина! На картинке выше вы можете увидеть большие солнечные вспышки, сфотографированные SOHO, космический аппарат NASA. Другие наблюдаемые явления в короне это массы выбрасываемых газов, которые называются протуберанцы.
Фотография, которую Вы видите, сделана в 1973 году. На ней изображено Солнце с самым большим протуберанцем, который когда-либо регистрировали. Солнечный ветерВне короны, солнечный газ растягивается в виде солнечного ветра - частиц высокой энергии, таких как протоны и электроны, которые вылетают из Солнца и летят на край Солнечной системы и за ее пределы. На Земле мы защищены от этих частиц, скорость которых превышает 500 м / с, благодаря магнитному полю Земли, который задерживает эти частицы. Точка, в которой солнечный ветер достигает конца называется гелиопауза. Этот момент точно не изучен, так как солнечный ветер выходит далеко за пределы самых дальних границах Солнечной системы. skybox.org.ua Внутреннее строение Солнца | АстрономияОсновываясь на данных о радиусе, массе, светимости Солнца, на физических законах (которые в силу своей универсальности применимы и в условиях других небесных тел), можно получить данные о давлении, плотности, температуре и химическом составе на разных расстояниях от центра Солнца. При приближении к центру Солнца растут, достигая максимальных значений, температура, давление и плотность. Химический состав Солнца тоже различается: процентное содержание водорода меньше всего в центре. Высокое давление внутри Солнца обусловлено действием вышележащих слоев. Силы тяготения стремятся сжать Солнце. Им противодействует упругость горячего газа и давление излучения, идущие из недр. Эти силы стремятся расширить Солнце. Тяготение, с одной стороны, а упругость газов и давление излучения, с другой - уравновешивают друг друга. Равновесие имеет место во всех слоях от поверхности до центра Солнца. Такое состояние Солнца и звезд называется гидростатическим равновесием. Эта простая идея была выдвинута в 1924 г. английским астрофизиком Артуром Эддингтоном. Она позволила составить уравнения, по которым рассчитывают модели внутреннего строения Солнца, а также других звезд. Такие модели представляют собой совокупность параметров звездного вещества (температура, давление, плотность и т. д.) на разных глубинах. В таблице ниже приведена так называемая модель внутреннего строения Солнца, т. е. зависимость его физических свойств от глубины.
Как видно из таблицы, температура в центре Солнца (R / R⊙ = 0) достигает 15 млн градусов. Именно в этой области генерируется энергия Солнца. Солнечное вещество в основном состоит из водорода. При огромных давлениях и температурах протоны (ядра водорода) движутся со скоростями в сотни километров в секунду. Внутри Солнца (на расстояниях до 0,3 радиуса от центра создаются условия, благоприятные для протекания термоядерных реакций превращения атомов легких химических элементов в атомы более тяжелые. Из ядер водорода образуется второй из легчайших элементов - гелий. Для образования одного ядра гелия требуется 4 ядра водорода. На промежуточных стадиях образуются ядра тяжелого водорода (дейтерия) и ядра изотопа He3. Эта реакция называется протон-протонной. При реакции небольшое количество массы реагирующих ядер водорода теряется, преобразуясь в огромное количество энергии. Выделившаяся энергия поддерживает излучение Солнца. Через слои, окружающие центральную часть звезды, эта энергия передается наружу. В области от 0,3 до 0,7 радиуса от центра Солнца находится зона лучистого равновесия энергии, где энергия распространяется через поглощение и излучение γ-квантов. Рождающиеся в центре Солнца гамма-кванты имеют энергию в миллионы раз большую, чем энергия квантов видимого света. Длина волны гамма-квантов очень мала. В процессе поглощения квантов атомами и дальнейшего их переизлучения происходит постепенное уменьшение их энергии и увеличение длины волны. Количество квантов во время этого процесса возрастает. Мощные гамма-кванты постепенно дробятся на обладающие меньшей энергией: возникают рентгеновские, ультрафиолетовые и, наконец, видимые и инфракрасные лучи. В области последней трети радиуса Солнца находится конвективная зона. Здесь энергия передается не излучением, а посредством конвекции (перемешивания). Причина возникновения конвекции в наружных слоях Солнца та же, что и в кипящем сосуде с водой: количество энергии, поступающее от нагревателя, гораздо больше того, которое отводится теплопроводностью. Поэтому вещество приходит в движение и само начинает переносить тепло. Конвективная зона простирается практически до самой видимой поверхности Солнца (фотосферы). Читать далееed-lib.ru Строение СолнцаСолнце является сферически симметричным телом, находящимся в равновесии. Знание законов физики, а так же характеристик (массы, радиуса и т.д.) дают нам понять из чего состоит Солнце и особенности его внутреннего строения. Химический состав Солнца: 70% от массы составляет водород, 27% - гелий, другие элементы 2,5% (углерод, кислород, азот, железо, магний и другие). Недра Солнца Согласно современным расчетам температура в недрах Солнца достигает 15 - 20 млн. градусов цельсия, плотность 1,5гр на см кубических. Ученые пологают, что источник энергии Солнца - ядерная реакция, протекающая глубоко под поверхностью, которая поддерживает высокую температуру светила. Солнце вырабатывает огромное кол-во энергии, примерно 1,92 эрг/г/сек. Глубоко под поверхностью Солнца водород превращается в гелий в следствии ядерной реакции с сопутсвующим выделением энергии. Ученым известны два вида термоядерных реакций протекающих внутри звезд: водородный цикл и углеродный цикл. На Солнце преимущественно протекает водородный цик, который можно разбить на три этапа: первый - ядра водорода превращаются в ядра дейтерия (изотоп водорода), вторая - ядра водорода превращаются в ядра неустойчивого изотопа гелия, третья - связывает продукты первой и второй реакции с образованием устойчивого изотопа гелия. Выход тепла из недр Солнца совершается путем поглащения электромагнитного излучения, приходящего снизу и его дальнейшего переизлучения. Ближе к поверхности солнца излучаемая из недр энергия переносится преимущественно с помощью конвекции - перемешивании вещетсва (теплые потоки вещества поднимаются ближе к поверхности, холодные же опускаются). Эта зона - зона конвекции залегает на глубине около 10% солнечного диаметра и доходит почти до поверхности звезды. Атмосфера Солнца Выше зоны конвекции начанается атмосфера Солнца (фотосфера и хромосфера), в ней перенос энергии снова происходит с помощью излучения. Солнечная корона - верхняя часть атмосферы Солнца, в ней основную долю энергии уносит Солнечный ветер - потоки вещества испускаемые Солнцем в космическое пространство. Температура каждого из слоев Солнца более или менее постоянна, т.к. они находятся в энергетическом равновесии (сколько энергии слой теряет в единицу времени, столько же он и преобретает). Cветимость Солнца В полдень Солнце создает освещенность на поверхности нашей планеты около 100 тыс.лк, что равно свету. Если не брать в расчет атмосферу Земли, то на орбите нашей планеты освещенность 127 тысяч.лк. Солнечная постоянная - величина энергии, получаемая поверхностью площадью 1 см. квадратный за 60 секунд на расстоянии 1 астрономической единицы (растояние от Солнца до Земли). Края Солнечного диска заметно менее яркии нежели центр, их яркость всего 20% от яркости цетра диска. Солнце имеет четкие границы из-за того, что на границе диска яркость падает в 100 раз за менее чем одну секунду дуги. planetoved.ru |
|
||||||||||||||||||
|
|
||||||||||||||||||
|
