Основные характеристики Солнца
Солнце — лишь одна из бесчисленного множества звёзд, существующих в природе. Благодаря своей близости к Солнцу мы имеем возможность изучать происходящие на нём процессы и по ним судить об аналогичных процессах в звёздах, непосредственно невидимых из-за колоссального их удаления.
Состав Солнца
Шарообразное Солнце представляется нам светящимся диском. Видимая поверхность Солнца называется фотосферой, радиус которой считается радиусом Солнца.
На среднем расстоянии Земли от Солнца, равном a0 = 1 а. е. = 150000000 км, угловой радиус фотосферы θ = 16′, поэтому линейный радиус Солнца R = a0 · sin θ = 150000000 км · 0,00465 = 700 000 км, что в 109 раз превышает радиус Земли.
Масса Солнца M = 2 · 10(в степени 30) кг. Средняя плотность Солнца ρ = 1400 кг/куб.м.. Ускорение свободного падения на поверхности Солнца в 28 раз больше, чем на поверхности Земли, и равно 274 м/секунду в кв.
На фотографических снимках Солнца часто видны тёмные пятна, возникающие в его фотосфере. Их можно увидеть в телескоп, если изображение Солнца спроектировать на белый лист бумаги, установленный за окуляром.
Если в течение нескольких дней следить за пятнами, то можно заметить их перемещение, что указывает на вращение Солнца вокруг оси. Такие наблюдения показали, что Солнце вращается не как твёрдое тело. Период его обращения вокруг оси вблизи экватора составляет 25 суток, а вблизи полюса — 30 суток. Линейная скорость вращения Солнца на экваторе составляет 2 км/с.
Протуберанец — вещество, которое удерживается над поверхностью Солнца магнитным полем.
Скорость движения вещества: десятки и сотни км/с.
Температура: до 20 тыс. К.
Толщина: 5–10 тыс. км,
высота — десятки тыс. км.
Гранулы — образования в фотосфере Солнца.
Температура: около 6000 К.
Размеры: около 1000 км.
Строение солнечной атмосферы
Все виды излучений, которые мы воспринимаем от Солнца, образуются в его самых верхних слоях, в атмосфере.
Самый глубокий и плотный слой атмосферы — фотосфера — имеет толщину около 200 км, плотность вещества в ней 10 (в –5 степени) кг/куб.м., что значительно меньше плотности земной атмосферы.
На рисунке показана фотография Солнца, полученная во время полного солнечного затмения. На снимке хорошо видна внешняя часть солнечной атмосферы — корона, имеющая вид лучистого жемчужного сияния, яркость которого в миллион раз меньше яркости фотосферы. Солнечная корона прослеживается до расстояний в десять и более радиусов Солнца.
Наблюдения показали, что солнечная корона нагрета до температуры около 2000000 К. При такой температуре вещество короны представляет собой полностью ионизованную плазму, которая в основном излучает в рентгеновских лучах.
И действительно, при наблюдениях в рентгеновские телескопы, которые установлены на космических астрономических обсерваториях за пределами земной атмосферы, солнечная корона представляется в полной красе, в то время как поверхность Солнца — её фотосфера — практически не видна.
Из короны в межпланетное пространство истекает непрерывный поток частиц (протонов, ядер гелия, ионов, электронов), называемый солнечным ветром. Частицы солнечного ветра покидают солнечную корону со скоростью около 800 км/с, поэтому солнечное притяжение не может их удержать. Вблизи Земли скорость солнечного ветра достигает 400 км/с.
Наблюдения показывают, что число солнечных пятен меняется со временем с периодом около 11 лет.
Когда наблюдается максимальное число пятен, то говорят о максимуме солнечной активности. В годы максимума солнечной активности значительно возрастает число мощных протуберанцев, одновременно с солнечной активностью меняется и форма солнечной короны.
Одним из самых значительных проявлений солнечной активности являются солнечные вспышки, во время которых выделяется колоссальная энергия — в течение десятка минут до 10(в 25 степени) Дж энергии.
Во время солнечных вспышек происходит резкое увеличение ультрафиолетового излучения, появляется мощное рентгеновское и гамма-излучение.
Вспышки и другие проявления солнечной активности оказывают значительное влияние на биологические земные явления, на физические условия в земной атмосфере и околоземном космическом пространстве. Так, с отсутствием пятен в течение почти 70 лет связывают наступление малого ледникового периода, наступившего в Европе в XVII в.
Рост деревьев, распространение эпидемий и даже войны связаны с одиннадцатилетним циклом солнечной активности.
Советский учёный А.Л. Чижевский собрал подробные сведения о периодичности эпидемических заболеваний и сопоставил их с данными о солнечной активности. На основании обнаруженной связи он в 1929 г. предсказал некоторые эпидемии на 35 лет вперёд. Так, семь из восьми предсказанных Чижевским эпидемий гриппа действительно произошли.
Физические характеристики Солнца
Солнце не расширяется и не сжимается, оно находится в гидростатическом равновесии, так как силе гравитации, стремящейся сжать Солнце, препятствует сила газового давления изнутри.
Давление в центре Солнца p = 8,9∙10(в 13 степени) Па, что в 900 млн раз больше нормального атмосферного давления.
Средняя температура солнечного вещества Т = 4∙млн К. Температура в центре Солнца превышает среднюю почти в 3,5 раза и достигает значения 14 млн К (Т ц = 14000000 К).
Плотность вещества в центре Солнца равна 150000 кг/куб.м., что более чем в 100 раз выше его средней плотности.
Термоядерные реакции протекают в центральной области Солнца радиусом, равным 0,3R . Эта область получила название ядра. Вне ядра температура недостаточна для протекания термоядерных реакций.
Для поддержания наблюдаемой светимости Солнца в течение длительного времени необходимы достаточные запасы его внутренней энергии и процессы, перерабатывающие эту энергию в излучение.
При реакции синтеза из четырёх ядер атомов водорода (четырёх протонов) образуется ядро атома гелия, два позитрона, два нейтрино и выделяется энергия связи
ΔЕ = 4,3 · 10(в –12 степени) Дж
Энергия, выделяемая одним килограммом солнечного вещества в секунду, равна
На первый взгляд величина небольшая, она примерно равна количеству теплоты, выделяемому одним килограммом гниющих листьев. Но химической энергии, запасённой в листьях, при таком энерговыделении едва хватает на год.
Источник энергии Солнца
Расчёты показывают, что в результате термоядерных реакций синтеза из водорода массой 1 кг образуется гелий массой 0,99 кг и выделяется около q = 9 · 10(в 14 степени) Дж энергии.
Теперь можно оценить, на сколько времени хватит запасов водорода, чтобы поддерживать наблюдаемое свечение Солнца — время жизни Солнца.
Строение Солнца
Время, которое требуется энергии, выделившейся в ядре, чтобы достигнуть поверхности Солнца, составляет несколько миллионов лет.
На своём пути наружу излучение претерпевает такие изменения, что гамма-лучи, которые возникли в центре Солнца, выходят наружу в форме излучения видимого диапазона длин волн.