Eng Ru
Отправить письмо

Солнце - Физические процессы на Солнце ( Часть 1 ). Процессы на солнце

$direct1

Процессы происходящие на Солнце | Мир Знаний

Солнце — звезда, вокруг которой вращаются планеты Солнечной системы. Каждую секунду светило сжигает 500 млн тонн водорода и излучает такое огромное количество энергии, что мы ощущаем его тепло, хотя нас разделяют почти 150 млн км.

Диаметр Солнца составляет 1,4 млн км и более чем в сто раз превышает диаметр Земли. Сила гравитации притягивает к Солнцу и удерживает на орбитах тела, удаленные от него на сотни миллиардов километров. Как и все звезды, Солнце представляет собой огромный термоядерный реактор, постоянно сжигающий колоссальные объемы водорода — самого простого из химических элементов, существующих во Вселенной. Основным источником энергии Солнца служит термоядерная реакция слияния ядер водорода и их превращения в ядра гелия.

Живая звезда

Солнце живет по тем же правилам, что и все остальные звезды. В каждой звезде устанавливается равновесие между силами гравитации, сжимающими вещество звезды в направлении ее центра, и силами термоядерной реакции, в ходе которой ядра атомов сливаются и высвобождается энергия, способствующая, напротив, расширению звезды. Термоядерные реакции происходят вследствие гравитации, но противодействуют ей. Пока между ними сохраняется равновесие, продолжается жизнь звезды. Благодаря такому равновесию Солнце светит уже 4,6 млрд лет. Имеющиеся в нем запасы водорода должны позволить светилу излучать энергию еще как минимум в течение такого же срока.

Пламенное ядро

Температура и давление в солнечном ядре невероятно велики: 15 млн градусов Цельсия и 340 млрд (по оценкам НАСА, 200 млрд) атмосфер. В этой печи и происходят термоядерные реакции, дающие Солнцу его энергию. Каждую секунду 500 млн тонн водорода превращаются в гелий, при этом почти 4 млн тонн вещества переходят в энергию. Высвобождающаяся энергия устремляется из ядра наружу и попадает сначала в окружающую ядро зону лучистого переноса энергии, а оттуда в конвективную зону, в которой происходит бурная циркуляция вещества, передающая энергию следующему слою — фотосфере.

Мощное магнитное поле

Фотосфера, расположенная над конвективной зоной, представляет собой слой толщиной около 200 км, состоящий из довольно прозрачного вещества, сквозь которое могут проходить возникающие здесь световые лучи. Средняя температура фотосферы около 6400 °С. Вся поверхность фотосферы светится неравномерно. Исследователи установили, что она представляет собой мозаику из ярких областей (гранул) размером около 1-2 тыс. км — это места, где мы видим возмущения, непрерывно происходящие в конвективной зоне.

Иногда в фотосфере возникают темные участки — так называемые солнечные пятна размером от нескольких тысяч до десятков тысяч километров в поперечнике. Температура в этих зонах на 2000-3000°С ниже, чем в окружающих областях. Здесь действуют магнитные поля, в десятки тысяч раз более сильные, чем магнитное поле Земли. Магнитные поля замедляют поток тепла из недр Солнца, и температура на этих участках снижается. Солнечные пятна, как правило, существуют несколько недель, а самые крупные могут сохраняться месяцы. Вокруг солнечных пятен нередко можно наблюдать факелы — облака ярко светящегося газа. Изучение солнечных пятен позволило лучше понять циклы солнечной активности. Следя за положением пятен и их перемещениями, астрономы оценили период вращения Солнца вокруг оси, проходящей через его полюса, — он составляет около 30 земных дней. Строго говоря, период вращения различается на разных широтах — он короче на солнечном экваторе и длиннее у полюсов. Так, сидерический период — относительно неподвижных звезд — составляет примерно 25 дней на экваторе и достигает 30 дней вблизи полюсов, а поскольку Земля движется вокруг Солнца в ту же сторону, то для земного наблюдателя период вращения Солнца равен 27 дням на экваторе и 32 дням у полюсов.

Солнечная корона

Во время полного солнечного затмения можно наблюдать окружающее солнечный диск розовое кольцо, толщина которого составляет примерно 10 тыс. км. Это хромосфера. Над ее поверхностью время от времени поднимаются огромные светящиеся струи — протуберанцы. Эти выбросы газа, напоминающие по форме петли, фонтаны, кусты, арки, завитки, обычно связаны с солнечными пятнами. Их форма определяется магнитным полем Солнца. Они могут выбрасываться со скоростью почти 1000 км/с и подниматься над поверхностью хромосферы на высоту до 500 тыс. км.

Солнечная корона из сильно разреженного вещества, окружающая хромосферу, простирается более чем на 10 солнечных радиусов. Она пронизана струями раскаленного газа, ее температура чрезвычайно велика. На больших расстояниях из короны во всех направлениях исходят непрерывные мощные потоки заряженных частиц — так называемый солнечный ветер.

В окрестностях Земли его средняя скорость составляет около 400 км/с. Взаимодействуя с газами земной атмосферы, солнечный ветер заставляет их атомы светиться, вызывая полярное сияние, похожее на огромные развевающиеся в небе разноцветные знамена.

Смена настроения

Магнитное поле Солнца оказывает постоянное влияние на фотосферу, хромосферу и солнечную корону, однако в разное время действует неодинаково. Периодические изменения, связанные с колебаниями магнитного поля Солнца, называются солнечной активностью. Цикл солнечной активности длится примерно 11 лет. Ее проявления включают солнечные пятна, факелы, протуберанцы, а также вспышки — внезапный взрывной выброс энергии магнитных полей, связанный с возникновением солнечных пятен. Вспышки длятся всего несколько минут, но вызывают магнитные бури на Земле.

В периоды увеличения солнечной активности возрастает количество пятен (от практически полного их отсутствия до приблизительно 100). Когда цикл завершается, число солнечных пятен снова уменьшается. Потом цикл повторяется. Во время пика солнечной активности и вспышек полярное сияние усиливается и становится особенно ярким, а протуберанцы иногда можно наблюдать даже с поверхности Земли.

Природа и причины циклов солнечной активности — одна из великих загадок. Астрономы подробно описали это явление, но ни одна из предложенных моделей пока не в состоянии предсказывать возникновение солнечных пятен, исходя из физических принципов.

Это напоминает наше бессилие в области предсказания землетрясений. Между тем разобраться в солнечных циклах было бы очень полезно, потому что проявления солнечной активности сказываются на жизни Земли, возможно даже определяя некоторые изменения климата. Наша крошечная планета во многом зависит от капризов Солнца.

    2350      

mir-znaniy.com

Физические процессы на Солнце

О некоторых из них уже говорилось - это лучистый перенос энергии из центральной области к периферии, конвективное движение газа во внешнем слое Солнца, явление хромосферных спикул. На фоне равенства прихода и расхода энергии в атмосфере Солнца интенсивно протекают вихревые неупорядоченные или турбулентные движения газов. Они свойственны помимо солнечной атмосферы и внешнему слою солнечного шара, образованному непрозрачным газом, - его конвективной области. Среди разного рода движений газов остановимся лишь на некоторых широко распространенных в атмосфере и на поверхности Солнца: солнечных пятнах, солнечных факелах, флоккулах и протуберанцах. Все они обусловлены взаимодействием различных магнитных полей.

Солнечные пятна. Если рассматривать диск светила через затемненное стекло, то временами в разных местах солнечной поверхности даже невооруженным глазом можно увидеть почти черные образования - пятна . Поперечник этих образований может достигать многих тысяч километров. Они распределяются на фоне видимого диска Солнца неравномерно - то одиночно, то группами. Эти образования непостоянны: они существуют от нескольких часов до нескольких месяцев, а затем исчезают, и вместо них, в других местах, появляются новые пятна.

Образующий Солнце газ является прекрасным проводником электричества, особенно в центральной области, где условия экстремальны. В целом Солнце обладает единым магнитным полем и, кроме того, локальными полями. Например, вокруг солнечных пятен магнитные поля имеют напряженность в среднем 3000 Э. Для сравнения укажем, что у Земли магнитное поле несравненно слабее: на магнитных полюсах оно имеет напряженность всего 0,6 - 0,7 Э, а на магнитном экваторе и того меньше - 0,4 Э. Следовательно, оно в 7500 раз слабее, чем у солнечных пятен. Температура темных пятен у Солнца на 1000 - 20000 ниже, чем фотосферы в целом.

В совокупности пятна и их скопления образуют на Солнце активные области. Изменение положения пятен, их количество и подвижность не остаются постоянными. Наиболее известен 11-летний цикл (11,2 года) активности пятен - это осредненный срок, фактически же он колеблется от 7,5 до 16 лет. Солнечные пятна рассматриваются как углубления, или провалы, в видимой поверхности. Ритм изменения солнечной активности отражается на многих процессах и явлениях земной поверхности и ее атмосферы (солнечные сияния, прохождения радиоволн в верхней атмосфере).

Солнечные факелы и флоккулы. На краю солнечного диска, где заметно потемнение, поскольку там находятся верхние, более холодные слои нижней атмосферы, часто наблюдаются светлые факелы. В центральной части диска, где сосредоточены более глубокие и более нагретые, а, следовательно, более яркие слои атмосферы, факелы не видны - они сливаются с фотосферой. Полагают, что факелы имеют несколько более высокую температуру, чем фотосфера, поскольку газ в них сильнее ионизирован, т. е. у него меньше нейтральных атомов. Факелы могут достигать в высоту тысячи, и даже десятки тысяч километров.

В хромосфере над факелами располагаются светлые облака - флоккулы. Они имеют по вертикали размеры в тысячи и сотни тысяч километров. Что же касается распространенности их в горизонтальном направлении, то в совокупности они занимают от 10 до 30% площади солнечного диска. Различают флоккулы, образованные преимущественно либо ионизированным водородом, либо кальцием.

Протуберанцы - особые формы неупорядоченного движения газов в солнечной атмосфере . Они наблюдаются на краю диска, имеют разнообразную и постоянно меняющуюся форму струй, фонтанов, арок, дерева, облака или столба дыма и т.д. С помощью кинематографического метода удалось с большой детальностью исследовать их движения. Установлены некоторые типичные метаморфозы этих образований. Раньше считалось, что протуберанцы - это выбросы Солнца, т. е. они имеют движение снизу вверх. Теперь обнаружены и многие другие формы их движения. Например, есть протуберанцы, зарождающиеся в верхней атмосфере Солнца, в короне, и движущиеся сверху вниз - к солнечной поверхности, в область солнечных пятен. Нередки движения от одного протуберанца к другому, т. е. параллельно поверхности солнечного диска. В движении газов наблюдается образование струй и узлов, и когда они опускаются, то, как бы притягиваются определенным центром или несколькими центрами.

Исследования протуберанцев проведенные кинематографическим методом, А. Б. Северным и В. Л. Хохловой, позволили выявить некоторую упорядоченность их движений. Различные виды протуберанцев можно свести к трем основным типам движения.

Пожалуй, наиболее характерными являются так называемые эруптивные протуберанцы. Такие газовые образования в течение нескольких дней могут иметь вид спокойного облака, или длинной струи дыма, или, наконец, арки. На этой стадии внутри протуберанца никаких заметных движений нет. Но затем они переходят в фазу бурного развития, когда возникают вихревые вращения всего протуберанца или поднимается одно из колен арки. Эти перестройки осуществляются быстро - в течение нескольких минут. Протуберанец начинает растягиваться, подниматься. Происходит как бы замедленный взрыв. Яркость его увеличивается, а потом сразу же ослабевает. При таких вспышках или взрывах движение протуберанца имеет в общем радиальное от Солнца направление и может достигать высоты, равной диаметру Солнца, а скорости движений могут измеряться сотнями километров в секунду. Достигая кульминационной высоты, такой протуберанец начинает распадаться - от него отделяются узлы и струи, которые почти отвесно падают вниз на поверхность Солнца. Весь процесс развития взрывного протуберанца продолжается не больше получаса, после чего все признаки его существования исчезают. Часть его вещества поднимается вверх, темнеет и перестает быть видимой. Пока не удалось установить, выбрасывается ли вещество в межпланетное пространство или остается в верхней атмосфере Солнца. Дело в том, что максимальная установленная скорость роста эруптивного протуберанца составляет 700 км/сек, а параболическая скорость в верхней атмосфере Солнца равняется только 450 км/сек (на высоте радиуса Солнца от его поверхности). Следовательно, вещество эруптивного протуберанца может выбрасываться в межпланетное пространство.

Эруптивные протуберанцы - явления относительно редкие, на их долю приходится всего 10-15% всех случаев образования протуберанцев.

Ко второму типу относятся протуберанцы, приуроченные к областям солнечных пятен. Для таких протуберанцев свойственно движение газовых струй и узлов по определенным искривленным траекториям, напоминающим силовые линии некоторых магнитных полей. Другими словами, наблюдается в какой-то степени упорядоченность движений этих газовых скоплений, приуроченность их к своеобразным каналам или путям, масса протуберанца не растекается. Иногда узлы и струи движутся по круговым путям: от поверхности Солнца к верхней атмосфере - одна ветвь и в обратном направлении - другая. Чаще происходит движение от коронарных облаков к поверхности Солнца. Имеются случаи появления в солнечной короне светящейся точки, быстро развивающейся в сложный протуберанец, который распространяется вниз, к поверхности Солнца, и в этом направлении сильно увеличивается в размерах и приобретает форму подобия облака. Скорости движения газовых сгустков в этих протуберанцах меньше, чем у эруптивных, они составляют всего десятки - первые сотни километров в секунду.

К третьему типу относятся многочисленные протуберанцы без упорядоченных движений, т. е. хаотическими движениями. Они претерпевают непрерывные изменения отдельных узлов, газовых струй и конфигураций в их совокупности. В протуберанцах исчезают и появляются новые узлы и струи, испытывающие то сжимание, то растяжение. В общем, для таких протуберанцев свойственны большие размеры; высота их может достигать 150 тыс. км. На солнечном диске протуберанцы видны как светлые струи, нередко они напоминают воздушные вихри земных циклонов.

До сих пор недостаточно раскрыта физическая сущность явлений протуберанцев. Очевидно, что неупорядоченные движения газовых масс протуберанцев объясняются неравномерностью теплового поля солнечной атмосферы и, следовательно, различной степенью ионизации ее газов, непостоянством магнитного поля, давления света и другими факторами. Можно лишь с уверенностью утверждать, что физические процессы на поверхности Солнца и в его атмосфере имеют совершенно особый, несравнимый с процессами на Земле характер, что исключает возможность сопоставления их между собой. Но в целом, как Земля, так и планеты реагируют на них, что и представляет для нас интерес.

tayny-zemli.ru

Физические процессы на Солнце

О некоторых из них уже говорилось - это лучистый перенос энергии из центральной области к периферии, конвективное движение газа во внешнем слое Солнца, явление хромосферных спикул. На фоне равенства прихода и расхода энергии в атмосфере Солнца интенсивно протекают вихревые неупорядоченные или турбулентные движения газов. Они свойственны помимо солнечной атмосферы и внешнему слою солнечного шара, образованному непрозрачным газом, - его конвективной области. Среди разного рода движений газов остановимся лишь на некоторых широко распространенных в атмосфере и на поверхности Солнца: солнечных пятнах, солнечных факелах, флоккулах и протуберанцах. Все они обусловлены взаимодействием различных магнитных полей.

Солнечные пятна. Если рассматривать диск светила через затемненное стекло, то временами в разных местах солнечной поверхности даже невооруженным глазом можно увидеть почти черные образования - пятна . Поперечник этих образований может достигать многих тысяч километров. Они распределяются на фоне видимого диска Солнца неравномерно - то одиночно, то группами. Эти образования непостоянны: они существуют от нескольких часов до нескольких месяцев, а затем исчезают, и вместо них, в других местах, появляются новые пятна.

Образующий Солнце газ является прекрасным проводником электричества, особенно в центральной области, где условия экстремальны. В целом Солнце обладает единым магнитным полем и, кроме того, локальными полями. Например, вокруг солнечных пятен магнитные поля имеют напряженность в среднем 3000 Э. Для сравнения укажем, что у Земли магнитное поле несравненно слабее: на магнитных полюсах оно имеет напряженность всего 0,6 - 0,7 Э, а на магнитном экваторе и того меньше - 0,4 Э. Следовательно, оно в 7500 раз слабее, чем у солнечных пятен. Температура темных пятен у Солнца на 1000 - 20000 ниже, чем фотосферы в целом.

В совокупности пятна и их скопления образуют на Солнце активные области. Изменение положения пятен, их количество и подвижность не остаются постоянными. Наиболее известен 11-летний цикл (11,2 года) активности пятен - это осредненный срок, фактически же он колеблется от 7,5 до 16 лет. Солнечные пятна рассматриваются как углубления, или провалы, в видимой поверхности. Ритм изменения солнечной активности отражается на многих процессах и явлениях земной поверхности и ее атмосферы (солнечные сияния, прохождения радиоволн в верхней атмосфере).

Солнечные факелы и флоккулы. На краю солнечного диска, где заметно потемнение, поскольку там находятся верхние, более холодные слои нижней атмосферы, часто наблюдаются светлые факелы. В центральной части диска, где сосредоточены более глубокие и более нагретые, а, следовательно, более яркие слои атмосферы, факелы не видны - они сливаются с фотосферой. Полагают, что факелы имеют несколько более высокую температуру, чем фотосфера, поскольку газ в них сильнее ионизирован, т. е. у него меньше нейтральных атомов. Факелы могут достигать в высоту тысячи, и даже десятки тысяч километров.

В хромосфере над факелами располагаются светлые облака - флоккулы. Они имеют по вертикали размеры в тысячи и сотни тысяч километров. Что же касается распространенности их в горизонтальном направлении, то в совокупности они занимают от 10 до 30% площади солнечного диска. Различают флоккулы, образованные преимущественно либо ионизированным водородом, либо кальцием.

Протуберанцы - особые формы неупорядоченного движения газов в солнечной атмосфере . Они наблюдаются на краю диска, имеют разнообразную и постоянно меняющуюся форму струй, фонтанов, арок, дерева, облака или столба дыма и т.д. С помощью кинематографического метода удалось с большой детальностью исследовать их движения. Установлены некоторые типичные метаморфозы этих образований. Раньше считалось, что протуберанцы - это выбросы Солнца, т. е. они имеют движение снизу вверх. Теперь обнаружены и многие другие формы их движения. Например, есть протуберанцы, зарождающиеся в верхней атмосфере Солнца, в короне, и движущиеся сверху вниз - к солнечной поверхности, в область солнечных пятен. Нередки движения от одного протуберанца к другому, т. е. параллельно поверхности солнечного диска. В движении газов наблюдается образование струй и узлов, и когда они опускаются, то, как бы притягиваются определенным центром или несколькими центрами.

Исследования протуберанцев проведенные кинематографическим методом, А. Б. Северным и В. Л. Хохловой, позволили выявить некоторую упорядоченность их движений. Различные виды протуберанцев можно свести к трем основным типам движения.

Пожалуй, наиболее характерными являются так называемые эруптивные протуберанцы. Такие газовые образования в течение нескольких дней могут иметь вид спокойного облака, или длинной струи дыма, или, наконец, арки. На этой стадии внутри протуберанца никаких заметных движений нет. Но затем они переходят в фазу бурного развития, когда возникают вихревые вращения всего протуберанца или поднимается одно из колен арки. Эти перестройки осуществляются быстро - в течение нескольких минут. Протуберанец начинает растягиваться, подниматься. Происходит как бы замедленный взрыв. Яркость его увеличивается, а потом сразу же ослабевает. При таких вспышках или взрывах движение протуберанца имеет в общем радиальное от Солнца направление и может достигать высоты, равной диаметру Солнца, а скорости движений могут измеряться сотнями километров в секунду. Достигая кульминационной высоты, такой протуберанец начинает распадаться - от него отделяются узлы и струи, которые почти отвесно падают вниз на поверхность Солнца. Весь процесс развития взрывного протуберанца продолжается не больше получаса, после чего все признаки его существования исчезают. Часть его вещества поднимается вверх, темнеет и перестает быть видимой. Пока не удалось установить, выбрасывается ли вещество в межпланетное пространство или остается в верхней атмосфере Солнца. Дело в том, что максимальная установленная скорость роста эруптивного протуберанца составляет 700 км/сек, а параболическая скорость в верхней атмосфере Солнца равняется только 450 км/сек (на высоте радиуса Солнца от его поверхности). Следовательно, вещество эруптивного протуберанца может выбрасываться в межпланетное пространство.

Эруптивные протуберанцы - явления относительно редкие, на их долю приходится всего 10-15% всех случаев образования протуберанцев.

Ко второму типу относятся протуберанцы, приуроченные к областям солнечных пятен. Для таких протуберанцев свойственно движение газовых струй и узлов по определенным искривленным траекториям, напоминающим силовые линии некоторых магнитных полей. Другими словами, наблюдается в какой-то степени упорядоченность движений этих газовых скоплений, приуроченность их к своеобразным каналам или путям, масса протуберанца не растекается. Иногда узлы и струи движутся по круговым путям: от поверхности Солнца к верхней атмосфере - одна ветвь и в обратном направлении - другая. Чаще происходит движение от коронарных облаков к поверхности Солнца. Имеются случаи появления в солнечной короне светящейся точки, быстро развивающейся в сложный протуберанец, который распространяется вниз, к поверхности Солнца, и в этом направлении сильно увеличивается в размерах и приобретает форму подобия облака. Скорости движения газовых сгустков в этих протуберанцах меньше, чем у эруптивных, они составляют всего десятки - первые сотни километров в секунду.

К третьему типу относятся многочисленные протуберанцы без упорядоченных движений, т. е. хаотическими движениями. Они претерпевают непрерывные изменения отдельных узлов, газовых струй и конфигураций в их совокупности. В протуберанцах исчезают и появляются новые узлы и струи, испытывающие то сжимание, то растяжение. В общем, для таких протуберанцев свойственны большие размеры; высота их может достигать 150 тыс. км. На солнечном диске протуберанцы видны как светлые струи, нередко они напоминают воздушные вихри земных циклонов.

До сих пор недостаточно раскрыта физическая сущность явлений протуберанцев. Очевидно, что неупорядоченные движения газовых масс протуберанцев объясняются неравномерностью теплового поля солнечной атмосферы и, следовательно, различной степенью ионизации ее газов, непостоянством магнитного поля, давления света и другими факторами. Можно лишь с уверенностью утверждать, что физические процессы на поверхности Солнца и в его атмосфере имеют совершенно особый, несравнимый с процессами на Земле характер, что исключает возможность сопоставления их между собой. Но в целом, как Земля, так и планеты реагируют на них, что и представляет для нас интерес.

Читайте также:

planetologia.ru

Солнечные пятна. Вспышки на Солнце. Что происходит с Солнцем :: SYL.ru

Ни одно живое существо не будет иметь роста без солнечного света. Все зачахнет, особенно растения. Даже природные ископаемые - уголь, природный газ, нефть - являются разновидностью солнечной энергии, которая была отложена в запас. Об этом свидетельствует содержащийся в них углерод, накопленный растениями. По мнению ученых, любые изменения в выработке энергии Солнца неизбежно повлекут изменение климата Земли. Что мы знаем об этих изменениях? Что такое солнечные пятна, вспышки и чем чревато для нас их появление?

Источник жизни

Звезда по имени Солнце – наш источник тепла и энергии. Благодаря этому светилу на Земле поддерживается жизнь. О Солнце нам известно больше, чем о какой-либо другой звезде. Это понятно, ведь мы являемся частью Солнечной системы и находимся от неё всего в 150 млн км.

Для ученых большой интерес представляют солнечные пятна, которые возникают, развиваются и исчезают, а вместо исчезнувших появ­ляются новые. Иногда могут образовываться пятна-исполины. Например, в апре­ле 1947 года можно было наблюдать на Солнце сложное пятно площадью, превышающей земную поверхность в 350 раз! Его можно было наблюдать нево­оруженным глазом.

Изучение процессов на центральном светиле

Существуют большие обсерватории, имеющие в своем распоряжении специальные телескопы для изучения Солнца. Благодаря такому оборудованию астрономы могут узнать, какие процессы на Солнце происходят и как они отражаются на земной жизни. Кроме того, благодаря изучению солнечных процессов ученые могут узнать больше о других звездных объектах.

Энергия Солнца в поверхностном слое вырывается в виде света. Астрономы фиксируют существенное различие в солнечной активности, о чем свидетельствуют солнечные пятна, появляющиеся на светиле. Они представляют собой менее светлые и более холодные области солнечного диска в сравнении с общей яркостью фотосферы.

Солнечные образования

Крупные пятна довольно сложно устроены. Им характерна полутень, которая окружает темную область тени и имеет диаметр, больший более чем в два раза, чем размер самой тени. Если наблюдать солнечные пятна на краю диска нашего светила, то возникает такое впечатление, что это глубокая тарелка. Выглядит это так потому, что газ в пятнах прозрачнее, чем в окружающей атмосфере. Поэтому наш взгляд проникает глубже. Температура тени 3(4) х 103 К.

Астрономы выяснили, что основание типичного пятна находится на 1500 км ниже поверхности, окружающей его. Это открытие сделали ученые из университета Глазго в 2009 г. Возглавлял астрономическую группу Ф. Уотсон.

Температура солнечных образований

Интересно, что по величине солнечные пятна бывают как маленькими, с диаметром от 1000 до 2000 км, так и гигантскими. Размеры последних значительно превосходят показатели земного шара.

Само по себе пятно – это место, где в фотосферу выходят сильнейшие магнитные поля. Уменьшая энергетический поток, магнитные поля исходят из самих недр Солнца. Поэтому на поверхности, в местах где есть пятна на солнце, температура приблизительно на 1500 К меньше, чем в окружающей поверхности. Соответственно эти процессы делают эти места менее яркими.

Темные образования на Солнце образуют группы из больших и маленьких пятен, которые способны занимать внушительного размера области на диске светила. Однако картина образований нестабильна. Она постоянно меняется, так как пятна на Солнце тоже нестабильны. Они, как было сказано выше, возникают, изменяются в размерах и распадаются. Однако время жизни у групп темных образований довольно-таки продолжительное. Оно может длиться на протяжении 2-3-х солнечных оборотов. Сам период вращения Солнца длится приблизительно 27 суток.

Открытия

Когда Солнце опускается за горизонт, можно увидеть пятна самого большого размера. Так изучали солнечную поверхность астрономы Китая 2000 лет назад. В древности считалось, что пятна – это следствие процессов, происходящих на Земле. В XVII веке такое мнение было опровергнуто Галилео Галилеем. Благодаря использованию телескопа ему удалось сделать много важных открытий:

  • о появлении и исчезновении пятен;
  • об изменении размеров и темных образований;
  • форма, которую имеют черные пятна на Солнце, меняется при приближении их к границе видимого диска;
  • изучая перемещение по солнечному диску темных пятен, Галилео доказал вращение Солнца.

Среди всех мелких пятен обычно выделяются два крупных, которые образуют биполярную группу.

В 1859 году, 1 сентября, независимо друг от друга два английских астронома наблюдали за Солнцем в белом свете. Это были Р. Кэррингтон и Ш. Ходжсон. Они увидели нечто подобное молнии. Оно неожиданно сверкнуло среди одной группы солнечных пятен. Позже это явление было названо солнечной вспышкой.

Взрывы

Какие характеристики имеют вспышки на Солнце и как возникают? Коротко: это очень мощный взрыв на главном светиле. Благодаря ему быстро высвобождается огромнейшее количество энергии, которое накопилось солнечной атмосфере. Как известно, объем этой атмосферы ограничен. Наиболее часто вспышки возникают в областях, считающихся нейтральными. Они расположены между большими биполярными пятнами.

Как правило, вспышки на Солнце начинают развиваться с резкого и неожиданного увеличения яркости на факельной площадке. Это область более яркой и более горячей фотосферы. После этого возникает взрыв катастрофических масштабов. Во время взрыва плазма нагревается от 40 до 100 млн К. Эти проявления можно наблюдать в многократном усилении ультрафиолетового и рентгеновского излучения коротких волн Солнца. Помимо этого, наше светило издает мощный звук и выбрасывает ускоренные корпускулы.

Какие идут процессы и что происходит с Солнцем во время вспышек?

Иногда возникают такие мощные вспышки, которые генерируют солнечные космические лучи. Протоны космических лучей достигают половинной скорости света. Эти частицы – носители смертоносной энергии. Они могут беспрепятственно проникать сквозь корпус космического корабля и разрушать живые организмы на клеточном уровне. Поэтому солнечные космические представляют высокую опасность для экипажа, который настигла во время полета внезапная вспышка.

Так, Солнце излучает радиацию в виде частиц и электромагнитных волн. Общий поток излучения (видимого) остается постоянным всегда. Причем с точностью до долей процента. Слабые вспышки можно наблюдать всегда. Большие происходят раз в несколько месяцев. В годы максимальной солнечной активности большие вспышки наблюдаются несколько раз на месяц.

Изучая, что происходит с Солнцем во время вспышек, астрономы смогли измерить длительность этих процессов. Маленькая вспышка длится от 5 до 10 минут. Самые мощные - до несколько часов. За время вспышки, в пространство вокруг Солнца, выбрасывается плазма с массой до 10 млрд тонн. При этом выделяется энергия, имеющая эквивалент от десятков до сотен миллионов водородных бомб! Но мощность даже самых огромных вспышек не будет больше сотых долей процента от мощности полного солнечного излучения. Вот почему при вспышке не наблюдается заметного роста светимости Солнца.

Солнечные преобразования

5800 К – приблизительно такая температура на поверхности солнца, а в центре она достигает 16 млн К. На солнечной поверхности наблюдаются пузыри (зернистость). Их возможно рассмотреть только с помощью солнечного телескопа. С помощью процесса конвекции, происходящей в солнечной атмосфере, из нижних слоев тепловая энергия переносится в фотосферу и придает ей пенистое строение.

Не только температура на поверхности Солнца и в самом его центре различна, но и плотность с давлением. С глубиной все показатели увеличиваются. Так как в ядре температура очень высокая, там происходит реакция: водород преобразуется в гелий и при этом происходит выделение огромного количества тепла. Таким образом Солнце удерживается от сжатия под действием своей же силы тяжести.

Интересно, что наше светило – это одиночная типичная звезда. Масса и размер звезды Солнце в диаметре соответственно: 99,9 % массы объектов солнечной системы и 1,4 млн км. Жить Солнцу, как звезде, осталось 5 миллиардов лет. Оно будет постепенно нагреваться и увеличиваться в размерах. По идее, настанет момент, когда в центральном ядре весь водород израсходуется. Солнце станет в 3 раза больше сегодняшних размеров. В итоге оно остынет и превратится в белый карлик.

www.syl.ru

Процессы на солнце

Процессы на Солнце

Процессы, происходящие на Солнце – явление изученное и… опасное. Чем все закончится, можно рассмотреть на примере других звезд, подобных Солнцу.Например, туманность, получившая красивое название Кошачий глаз, ни что иное, как результат предсмертной агонии звезды после печального окончания предфинальной фазы красного гиганта. На этой фазе происходит взрыв часто пульсирующего ядра угасающей звезды, отчего все ее внешние слои разлетаются на многие миллионы километров. Вот именно по такому же сценарию и будет происходить жуткая гибель нашего с вами Солнца.

Всю свою немалую жизнь любая звезда излучает свет, который есть результат непрекращающейся ни на минуту реакции таинственного ядерного синтеза – когда водород преобразовывается в гелий. Но после того, как казавшиеся когда-то водородные запасы все-таки начинают заканчиваться, жизнетворческая реакция синтеза внезапно утрачивает свою непрерывность, а звезда, как это не печально, неизбежно превращается в красного гиганта.

В центральной ее части происходит неизбежное постепенное затухание всех ядерных реакций. В ужасных глубинах звезды начинаются пульсирующие серии взрывов, нарушающие стабильное состояние светила.Происходит большой взрыв и звезда погибает. Так, когда-нибудь, произойдет и с нашим солнцем, главное – чтобы мы уже успели к тому страшному моменту улететь к другим звездам и расселиться в других мирах, после чего человечеству уже не придется бояться внезапного конца света, оно по праву станет властелином Вселенной.¬________

Между прочим, помимо расселения, у человечества множество и других, не менее сложных задач, например, та же настройка сервера — дело не менее сложное и важное. Настройка сервера – то, в чем сильны наши специалисты, которые посвятили немалое время изучению этой задачи и теперь с легкостью избавят вас от связанных с нею проблем.

spacereal.ru

Солнце - Физические процессы на Солнце ( Часть 1 )

Физические процессы на Солнце ( Часть 1 )

О некоторых из них уже говорилось - это лучистый перенос энергии из центральной области к периферии, конвективное движение газа во внешнем слое Солнца, явление хромосферных спикул. На фоне равенства прихода и расхода энергии в атмосфере Солнца интенсивно протекают вихревые неупорядоченные или турбулентные движения газов. Они свойственны помимо солнечной атмосферы и внешнему слою солнечного шара, образованному непрозрачным газом, - его конвективной области. Среди разного рода движений газов остановимся лишь на некоторых широко распространенных в атмосфере и на поверхности Солнца: солнечных пятнах, солнечных факелах, флоккулах и протуберанцах. Все они обусловлены взаимодействием различных магнитных полей.

Солнечные пятна. Если рассматривать диск светила через затемненное стекло, то временами в разных местах солнечной поверхности даже невооруженным глазом можно увидеть почти черные образования - пятна. Поперечник этих образований может достигать многих тысяч километров. Они распределяются на фоне видимого диска Солнца неравномерно - то одиночно, то группами. Эти образования непостоянны: они существуют от нескольких часов до нескольких месяцев, а затем исчезают, и вместо них, в других местах, появляются новые пятна.

Образующий Солнце газ является прекрасным проводником электричества, особенно в центральной области, где условия экстремальны. В целом Солнце обладает единым магнитным полем и, кроме того, локальными полями. Например, вокруг солнечных пятен магнитные поля имеют напряженность в среднем 3000 Э. Для сравнения укажем, что у Земли магнитное поле несравненно слабее: на магнитных полюсах оно имеет напряженность всего 0,6 - 0,7 Э, а на магнитном экваторе и того меньше - 0,4 Э. Следовательно, оно в 7500 раз слабее, чем у солнечных пятен. Температура темных пятен у Солнца на 1000 - 20000 ниже, чем фотосферы в целом.

В совокупности пятна и их скопления образуют на Солнце активные области. Изменение положения пятен, их количество и подвижность не остаются постоянными. Наиболее известен 11-летний цикл (11,2 года) активности пятен - это осредненный срок, фактически же он колеблется от 7,5 до 16 лет. Солнечные пятна рассматриваются как углубления, или провалы, в видимой поверхности. Ритм изменения солнечной активности отражается на многих процессах и явлениях земной поверхности и ее атмосферы (солнечные сияния, прохождения радиоволн в верхней атмосфере).

Солнечные факелы и флоккулы. На краю солнечного диска, где заметно потемнение, поскольку там находятся верхние, более холодные слои нижней атмосферы, часто наблюдаются светлые факелы. В центральной части диска, где сосредоточены более глубокие и более нагретые, а, следовательно, более яркие слои атмосферы, факелы не видны - они сливаются с фотосферой. Полагают, что факелы имеют несколько более высокую температуру, чем фотосфера, поскольку газ в них сильнее ионизирован, т. е. у него меньше нейтральных атомов. Факелы могут достигать в высоту тысячи, и даже десятки тысяч километров.

В хромосфере над факелами располагаются светлые облака - флоккулы. Они имеют по вертикали размеры в тысячи и сотни тысяч километров. Что же касается распространенности их в горизонтальном направлении, то в совокупности они занимают от 10 до 30% площади солнечного диска. Различают флоккулы, образованные преимущественно либо ионизированным водородом, либо кальцием.

Протуберанцы - особые формы неупорядоченного движения газов в солнечной атмосфере. Они наблюдаются на краю диска, имеют разнообразную и постоянно меняющуюся форму струй, фонтанов, арок, дерева, облака или столба дыма и т.д. С помощью кинематографического метода удалось с большой детальностью исследовать их движения. Установлены некоторые типичные метаморфозы этих образований. Раньше считалось, что протуберанцы - это выбросы Солнца, т. е. они имеют движение снизу вверх. Теперь обнаружены и многие другие формы их движения. Например, есть протуберанцы, зарождающиеся в верхней атмосфере Солнца, в короне, и движущиеся сверху вниз - к солнечной поверхности, в область солнечных пятен. Нередки движения от одного протуберанца к другому, т. е. параллельно поверхности солнечного диска. В движении газов наблюдается образование струй и узлов, и когда они опускаются, то, как бы притягиваются определенным центром или несколькими центрами.

Исследования протуберанцев проведенные кинематографическим методом, А. Б. Северным и В. Л. Хохловой, позволили выявить некоторую упорядоченность их движений. Различные виды протуберанцев можно свести к трем основным типам движения.

Рекомендуем ознакомится: http://www.astrolab.ru

worldunique.ru

Солнце

Солнце - центральная звезда, доминирующая в Солнечной системе. И хотя она имеет огромное значение для нашей планетарной системы, во вселенском масштабе у этого светила средние физические характеристики, сравнимые со звездой-карликом. Солнце - это огромный шар из плазмы (то есть ионизированного газа), состоящий в основном из водорода и гелия.

Структура Солнца, известная как по наблюдениям, так и в результате построения теоретических моделей, слоистая. В центре находится ядро, в котором происходят цепные термоядерные реакции. Вокруг ядра расположены зоны циркулярной конвекции и радиационного переноса. Самая внешняя зона - это фотосфера, хромосфера и корона.

Хотя ядро нельзя увидеть непосредственно, физические условия в его недрах известны достаточно точно. Внутри ядра держится температура 15.000.000 оК и плотность почти 100 г/см3. Такие условия позволяют происходить ядерным реакциям, преобразующим водород в гелий в ходе процесса, известного как реакция "протон - протон". Во время этой реакции высвобождается большое количество энергии. При образовании одного ядра гелия выделяется около 600 млрд. калорий.

Энергия, образующаяся во время ядерных реакций, позволяет Солнцу самоподдерживаться и не коллапсировать под влиянием гравитации собственной массы. Наша звезда находится в равновесии между двумя этими силами приблизительно 4,5 млрд. лет, и предполагается, что водород, содержащийся в ядре, обеспечит его стабильность еще на достаточно длительное время.

Единственные частицы, производимые во время ядерных реакций на Солнце, которым удается не взаимодействовать с материей, - это нейтрино, которые несут информацию "из первых рук" из недр нашей звезды.

В ходе ядерных реакций, происходящих в самой середине Солнца, возникает большое количество гамма-лучей. Они стремятся выйти за пределы звезды, "оголив" ядро. Но существование верхнего слоя останавливает их бегство во внешнее пространство. Таким образом, гамма-лучи многократно вступают во взаимодействие со встречающейся на их пути материей и повторно излучаются дальше. Слой Солнца, в котором происходят эти феномены, называется зоной излуельного переноса, поскольку фотоны здесь множатся из-за "излучения", одного из трех возможных способов распространения, а именно - электромагнитного излучения (два других: конвекция и проводимость).

Процессы абсорбции и повторного излучения настолько интенсивны, что выделяемой в виде гамма-излучения энергии, для того чтобы вырваться на поверхность, требуются миллионы лет. Это означает, что доходящий до нас сегодня свет Солнца родился от жара, возникшего в его недрах миллионы лет назад.

В 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.

Верхняя граница конвективной зоны выглядит в виде мелких гранул, видоизменяющихся на протяжении нескольких минут, так называемых рисовых зерен, видимых на солнечной поверхности даже через телескоп с достаточно скромными возможностями.

Внешний слой Солнца состоит из фотосферы и хромосферы. Фотосфера, являющаяся видимой поверхностью Солнца, имеет толщину приблизительно 500 км и температуру около 6000 oК.

В фотосфере проявляется заметная активность в первую очередь в форме темных областей, так называемых солнечных пятен. За ними наблюдали еще в античные времена, но, несмотря на это, до сих пор их настоящая природа неизвестна.

В более поздние времена Галилео Галилей "заново открыл" солнечные пятна, хотя это "открытие" и долго оспаривалось иезуитом Кристофером Шейнером. Наблюдение за солнечными пятнами среди прочего, привело к краху ористотелевско-птолемеевской модели Вселенной, согласно которой звезды являются идеальными неделимыми сферами. Систематические наблюдения за солнечными пятнами начались примерно в середине XVIII века.

Как выглядят солнечные пятна со стороны. Солнечные пятна кажутся темными, но не потому, что они действительно черные. Просто они холоднее окружающей их фотосферы. Вокруг самой темной зоны пятна, так называемой тени, есть промежуточная светлая зона, так называемая полутень. Температура тени приблизительно равна 4300-4800 oК, то есть приблизительно на 1000-1500 ° ниже температуры фотосферы. А вот температура полутени равна приблизительно 5400-5500 oК. Интенсивность свечения в тени составляет приблизительно 32% от интенсивности свечения фотосферы, а полутени - 80%. Похоже, что снижение температуры внутри пятен связано с сильными магнитными полями, открытыми Джорджем Эллери Хейлом в 1908 году и зарегистрированными в этой области. Такие поля мешают регулярному конвективному движению солнечной материи, находящейся в состоянии плазмы и пытающейся изнутри выйти на поверхность.

Солнечные пятна могут достигать настолько крупных (от 7000 до 50000 км) размеров, что их можно видеть невооруженным глазом, но, естественно, через защитные фильтры. Они могут появляться по одному, но, как правило, возникают группами. Кроме того, пятна смещаются по поверхности Солнца: во-первых, сами по себе, но гораздо сильнее из-за неравномерного вращения Солнца. Не будучи твердым телом, оно вращается быстрее в близких к экватору зонах (где период вращения равен 27 сут), чем в полярных районах (около 31 сут).

Известно, по крайней мере, с XVIII века, что интенсивность и частота пятен циклически меняются с периодичностью приблизительно 11 лет. То есть в течение этого периода на солнечном диске увеличивается количество пятен, достигая максимума. Затем оно уменьшается, доходя постепенно до изначального уровня. Средняя продолжительность цикла (11,07 лет) колеблется в пределах от 7 до 15 лет.

В минимальной фазе часто бывает, что на Солнце пятна отсутствуют вообще, порой даже довольно продолжительное время (сутки или даже недели). А вот в максимальных фазах можно наблюдать один-два десятка групп, а также отдельные пятна. Ближайший максимум цикла ожидался в начале 2001 года.

И хотя еще не полностью понято, но, похоже, что солнечный цикл является результатом взаимодействия между магнитным полем Солнца и поверхностными областями конвективной зоны.

Исторически засвидетельствованы достаточно длинные нерегулярные периоды, когда возникает иллюзия, что солнечная активность замерла полностью и оконельно. Самый близкий к нам по времени подобный период известен, как "минимум Маундера", начавшийся в 30-е годы XVII века и длившийся приблизительно 75 лет.

Кроме солнечных пятен, солнечная активность проявляется и в других формах. Например, вспышки, сильные взрывы, охватывающие значительные области поверхностного слоя Солнца, особенно вблизи пятен. Длительность вспышек обычно составляет десятки минут, а порой доходит до часа. Фаза, в которой выделяется большая часть энергии, соотносится с наибольшей яркостью и длится считанные минуты. Этой очень быстрой фазе предшествует "подготовка" к очень большому выбросу рентгеновских и ультрафиолетовых лучей и особого излучения водородного спектра, так называемые линии Н-альфа, характерного красного, типичного для хромосферы оттенка. Кроме этих выбросов фотонов и частиц, испускается большое количество радиоволн, такой процесс легко смоделировать на Земле. Через несколько часов частицы, ускоренные вспышкой, достигают нашей планеты, порождая полярное сияние заметной интенсивности и электромагнитные бури, производящие неполадки в телекоммуникационных сетях и устройствах в планетарных масштабах.

Вспышки - не единственный феномен взрывного типа, возникающий на поверхности Солнца. Кроме них существуют еще протуберанцы. Это менее драматические, чем вспышки, события, это тоже взрывы, но существенно более мирные. Тем не менее во многих случаях протуберанцы связаны со вспышками. Эволюция протуберанца обычно происходит гораздо менее импульсивно, чем вспышки. И что больше всего поражает наблюдателя, это внушительное зрелище выбросов материи. Форма их в большей или меньшей степени похожа на дугу, вздымающуюся над хромосферой. Существуют различные типы протуберанцев, с продолжительностью от нескольких минут до нескольких суток.

Над фотосферой, как уже говорилось, находится хромосфера, в которой температура доходит до 10000 oК. Она наблюдается в виде яркого розоватого кольца вокруг Солнца во время полных солнечных затмений. Наблюдения солнечного диска с помощью соответствующей аппаратуры, которая позволяет выделить свет, излучаемый хромосферой, показывают, что поверхность Солнца словно покрыта нитями раскаленного газа. Это небольшие выбросы водорода, направленные вверх по типу протуберанцев. Такие выбросы газа называются "спикулами" и могут достигать в высоту более 10000 км. Они могут продолжаться около 5 мин.

И наконец, хромосфера переходит в самую верхнюю часть Солнца - корону. Вблизи хромосфера нестерпимо ярка и неравномерна, в межпланетном пространстве она выглядит бледнее.

Температура короны очень высокая - миллионы градусов. Причины этого еще не до конца изучены.

В течение 11-летнего солнечного цикла корона растет, становясь все симметричнее, обзаводясь пышными зубцами и глубокими впадинами. Наибольшая симметрия наблюдается в периоды максимума солнечной активности, тогда как в минимальные периоды солнечной активности корона кажется сплющенной на экваторе, а на полюсах - почти исчезает.

Солнце выбрасывает большое количество заряженных частиц, из которых образуется бесконечный поток, направляющийся к самым окраинным зонам Солнечной системы. Такие потоки частиц получили название "солнечный ветер".

Рядом с Землей у солнечного ветра скорость составляет приблизительно 400 км/с, а плотность - 10 частиц на 1см3, то есть в миллиард миллиардов раз ниже, чем плотность земной атмосферы.

Солнечный ветер состоит главным образом из протонов и электронов, но в нем присутствуют также ядра гелия и других элементов.

Солнечный ветер не бесконечно путешествует в межзвездном пространстве, потому что частицы рано или поздно вступают во взаимодействие с межзвездной средой - разреженным газом и теряют свою кинетическую энергию. Зона, где заканчивается солнечный ветер, называется "гелиопаузой" и обозначает границы "сферы влияния" Солнца.

Характеристики Солнца

Экваториальный диаметр - 1 392 000 км Период вращения (относительно экватора) - 27 суток Масса (Земля = 1) - 332 946 Объем (Земля = 1) - 1 303 600 Средняя плотность - 1,41 г/см3 Плотность ядра - около 100 г/см3 Температура поверхности - 5770 oK Температура ядра - 14 000 000 oK Сила притяжения на поверхности (Земля = 1) - 27,9 Мощность испускаемого излучения - 3,86 x 1023 кВт Период обращения вокруг центра Галактики - 225 млн. лет

tayny-zemli.ru


© ЗАО Институт «Севзапэнергомонтажпроект»
Разработка сайта