С момента появления первых разумных людей, которые начали собираться в общины и осознавать мир вокруг себя, каждый из них смотрел в небо днём и видел там Солнце. К сожалению, в те далёкие времена никто и понятия не имел, что это такое на самом деле, но каждый знал, что этот белый диск на дневном небосводе крайне важен для существования всего вокруг. Различные народы и религии причисляли Солнце к Богам и делали различные жертвоприношения в день зимнего солнцестояния, потому что замечали, что на протяжении 6-ти месяцев [начиная от летнего солнцестояния] день за днём оно становилось всё ближе и ближе к горизонту. Люди того времени боялись, что оно и вовсе скроется за горизонт навсегда и больше никогда не взойдет. «Глупые людишки» - подумает современный человек. Солнце всегда восходит на востоке и заходит на западе. День сменяет ночь, а ночь сменяется днем. Вроде бы все звучит логично и понятно, но среди современных людей многие до сих пор думают, что Солнце вращается вокруг Земли, а зима и лето сменяют друг друга потому, что оно то ближе к нам [летом], то дальше [зимой]. «Глупые современные людишки» - думаю я. Чтобы понять, что же такое Солнце на самом деле, как оно работает и какие процессы с ним связаны, я предлагаю совершить небольшое путешествие на самом высокотехнологичном корабле, что существует на данный момент - корабль воображения. Займите удобные места и пристегните ремни, ведь мы отправляемся в далекое прошлое.
6,5 миллиардов лет назад.
Буквально недавно [по космическим меркам] в регионе, где сегодня находится вся наша Солнечная система, завершили свой жизненный цикл одна или даже несколько звёзд второго поколения. Для ясности добавлю, что всего существует три поколения звёзд [Солнце является третьим], а разница между ними заключается в банальном химическом составе. Не трудно догадаться, что звёзды первого поколения состояли исключительно из водорода и гелия. После их «смерти» [этот процесс более подробно я опишу далее], из сброшенной оболочки, которая содержала в себе уже накопленные термоядерным синтезом [и об этом я тоже расскажу подробнее] разные элементы, образовались звёзды второго поколения, которые в свою очередь за всю жизнь и во время смерти произвели новые химические элементы вплоть до золота и урана. Об этом свидетельствует, как ни странно, наличие в большом количестве данных химических элементов в современной Солнечной системе и на Земле. И так, после их «смерти» осталось газо-пылевое облако, насыщенное различными химическими элементами. Со временем [приблизительно следующий миллиард лет] некоторые его участки под действием гравитации сжимались, пока не образовали прото-звезду, вокруг которой начинал вращение диск вещества. Его сжатие в центральной части набирало обороты [приблизительно следующий миллиард лет], пока температура не выросла до необходимого уровня для начала термоядерного синтеза на основе водорода. Его старт ознаменовал рождение Солнца.
4,5 миллиарда лет назад.
Молодое Солнце, как жаркая печь, своим излучением отделило себя от прото-планетарного диска, из которого на протяжении следующих сотен миллионов лет образуются все планеты Солнечной системы. Происходит очень много интересных процессов, но сегодня говорить о них мы не будем, ведь нас интересует сама звезда - Солнце, поэтому вновь запустим наш корабль воображения и отправимся в его центр, где вкратце разберем структуру и строение. Как и у планет, оно имеет ядро, которое по своей природе и является той самой «печью», где происходит термоядерный синтез. Его радиус составляет приблизительно 150 - 175 тысяч километров, а это в свою очередь около 25% от общего размера нашей звезды. Атомы вещества внутри него расположены настолько близко друг к другу, что плотность составляет 150 000 кг/м³ [это в 150 раз выше плотности воды], а его температура составляет около 14 000 000 000 Кельвинов. За одну секунду в излучение превращается ~4,26 тонн вещества, что нам - людям - кажется просто колоссальной цифрой, однако для Солнца это ничтожно мало, ведь его масса равна 2 ⋅ 10 в степени 27, или 2 000 000 000 000 000 000 000 000 000 или 2 тысячи квадриллионов тонн. Именно тут производится вся энергия и тепло, которое потом проходит все остальные слои вплоть до фотосферы, откуда уже идет излучение и свет в открытый космос и на нашу планету. Вокруг ядра расположена зона лучистого излучения, где и происходит [если вкратце] «рождение» фотонов из плазмы [четвёртое агрегатное состояние вещества], или другими словами - привычного нам света. Важный момент данной зоны заключается в том, что фотоны [свет] тут как рождаются, так и поглощаются, переходя из одного слоя плазмы в другой [в верхний или в нижний]. Иными словами, данный процесс называется переизлучением. Все это занимает большой промежуток времени, и прежде чем он доберется до конвективной зоны, что находится уже вокруг зоны лучистого излучения, может пройти 170 тысяч лет с момента его излучения в нижних слоях [возле ядра] плазмы. Температура тут варьируется от 7 [в глубине] до 2 [на поверхности зоны] миллионов Кельвинов.
Конвективная зона - место, где переизлучение уже не возможно и в дело вступает, как можно догадаться из названия зоны, конвекция. Её слой равен примерно 200 тысяч километров. Остаточная энергия излучения от лучистой зоны поднимает вещество вверх, к поверхности [фотосфере], где оно остывает примерно до 5800 Кельвинов [далее К]. Охладившись, вещество вновь падает внутрь, где снова происходит нагрев от остаточной энергии переизлучения и так по кругу. Оба процесса протекают со значительной скоростью и благодаря им образуются разнообразные движения вещества, которые в свою очередь образуют гранулы и супергрануляцию. Скорость такого потока может составлять от 1-2 км/с [в среднем] до 6км/с при максимальном значении. Время существования подобных гранул составляет приблизительно 10-15 минут, за которое газ может однократно обойти вокруг них. Все эти движения оказывают эффект магнитного динамо, что порождает самогенерацию магнитного поля Солнца, которое в свою очередь имеет сложную структуру. Я уже не раз упомянул о фотосфере, которая является одной из частей атмосферы Солнца, поэтому наш корабль воображения перемещается на видимую нами поверхность. Это и есть фотосфера. Её толщина по разным оценкам может составлять от 100 до 400 километров, и благодаря ей происходит основная часть оптического излучения [тот свет, что мы видим]. Температура на внутреннем её крае составляет 6600 К, а на внешнем 4400 К. Газ в данной области относительно разрежённый, а его движение неравномерно. На экваторе полный оборот занимает 24 дня, а на полюсах - 30 дней. Следующий уровень в атмосфере Солнца - хромосфера. Она простирается на высоту в 2000 километров и имеет красноватый оттенок из-за доминирующей линии излучения водорода в видимом диапазоне [если говорить простыми словами], а её температура увеличивается с высотой от 4000К до 20000К, причем область с температурой выше 10000К крайне мала.
Поднимемся на следующий и последний уровень атмосферы, который называется Солнечной короной. Она в основном состоит из протуберанцев [плотная конденсация холодного вещества, которая удерживается магнитным полем] и энергетических извержений, которые распространяются на расстояние от сотни тысяч до миллиона километров в космическое пространство, образуя при этом солнечный ветер [поток ионизированных частиц, скорость которых варьируется от 400 до 750 км/с и равен 1,3⋅10 в степени 36 частиц в секунду]. В среднем температура Солнечной короны составляет от 1 до 2 миллионов К, а самая высокая, в некоторых участках, достигает 8 - 20 миллионов К. Всё это и есть наша звезда - Солнце. Крайне структурированный и сложный объект Вселенной, подаривший нам маленький шанс на существование.
От наших дней до далёкого будущего.
Солнце и любая другая звезда той же массы практически неизменно живут около 10 миллиардов лет. Сейчас оно находится на середине своего жизненного цикла и внутри ядра непрерывно идёт термоядерный синтез на основе водорода, который путем сжатия и высокой температуры превращается в гелий. Этот процесс не бесконечный и запасы «топлива» [водорода] со временем начнут постепенно заканчиваться. Уже через 1,1 миллиарда лет Солнце станет горячее, а его светимость увеличится на 11% от нынешнего значения. Земные океаны просто-напросто выкипят и на этом прекратится Земная жизнь в том виде, как мы её знаем. Примерно через 5 миллиардов лет в ядре Солнца не останется водорода [он превратится в гелий] и ядерная «печь» внутри потухнет. Давление, благодаря которому оно сопротивлялось гравитации, спадёт и она [гравитация] возьмёт верх, заставив нашу звезду сжиматься. Но, как вы уже знаете, энергия, что синтезировалась в ядре, поднимается к поверхности за пару сотен тысяч лет, поэтому внутренние области звезды начнут сжиматься, в то время как через внешние слои всё еще будет идти энергия, поддерживающая форму. По истечению этого срока до внешних областей дойдут печальные новости - энергия в центре Солнца закончилась.
А теперь представьте водородную оболочку, непосредственно прилегающую к ядру, которое теперь состоит из чистого гелия. Вне ядра ещё полно водорода, и поскольку там попросту не хватало плотности и температуры, эта область до сих пор не участвовала в термоядерном синтезе. Но по мере сжатия гравитацией эта оболочка становится гуще и жарче, и очень быстро эти показатели повышаются настолько, что позволяют запустить новый термоядерный синтез из водорода в гелий, сжигая звёздную оболочку. У Солнца открылось второе дыхание. Но темпы синтеза здесь гораздо выше, а объём сгорающей водородной оболочки гораздо больше, чем были у ядра. Как минимум на краткий период наша звезда получит огромную светимость, но излучение пробивается на поверхность всё так же долго, поэтому возросшее давление начинает борьбу с гравитацией. Внешние оболочки Солнца начинают расширяться [и поэтому остывают] даже в тот момент, пока внутренние области сжимаются. Солнце превращается в красного гиганта. Её внешние оболочки, что находятся вокруг выгорающего водородного слоя, раздуваются до радиуса, равного 1 астрономической единице [примерно 150 миллионов километров], что в 200 раз превысит нынешний размер Солнца. Через 8 миллиардов лет [от нынешнего момента] Земля под влиянием приливных воздействий просто-напросто «свалится» по спирали в газовую оболочку и сгорит. В это время, пока внешние водородные оболочки успешно горят, в гелиевом ядре отсутствует собственный источник энергии, поэтому сжатие под действием гравитации успешно продолжается, а вместе с ним растёт температура. По достижению отметки в 100 миллионов К начинается термоядерный синтез на основе гелия [из гелия образуется углерод и кислород]. Данный этап продлится примерно 100 миллионов лет, но в конце-концов и гелий тоже закончится, а Солнце вновь начнется сжиматься. Жизнь звезды, что дала шанс на наше существование близится к завершению. Её внешняя газовая оболочка находится очень далеко, следовательно, гравитация на неё почти не действует и достаточно минимальной энергии, чтобы она отслоилась и обнажила жаркое и плотное углеродно-кислородное ядро.
В отброшенном газе под действием ультрафиолетового излучения возникают возмущения, поэтому он [газ] флуоресцирует. Такие объекты называются планетарными туманностями, потому что астрономы, которые впервые обнаружили их телескоп, из-за размытости усмотрели в них некое сходство с планетами. Разбухшая оболочка, которая когда-то входила в состав нашего Солнца, продолжит потихоньку расширяться. Иногда данный процесс «сброса» проходит более сложным образом, что приводит к образованию планетарных туманностей, состоящих из различных газовых оболочек. Слои таких туманностей до всплытия из недр звезды находились на различной глубине, следовательно они могут быть обогащены разными элементами, а из-за вращения самой звезды происходит «выдувание» преимущественно вдоль оси вращения.В самом центре звезды виднеется уже ничем не прикрытое сияющее ядро, оставшееся от Солнца. Его размеры сопоставимы с размером некогда вращающейся вокруг неё Земли, а температура настолько велика, что он кажется белым. Данные «останки» Солнца [и любой подобной звезды] называются белый карлик. У него нет внутреннего источника энергии, поэтому единственное, что он будет делать на протяжении следующих миллиардов лет - остывать. Если бы мы могли посмотреть на него с того места, где некогда была Земля, то размеры и свет, исходящий от него будет сравним с полной Луной в ночном небе. Но к тому моменту цивилизация Земли уже полностью вымрет через один миллиард лет [я имею ввиду через миллиард лет с нынешних дней] из-за повышения температуры и светимости Солнца, если, конечно, не освоит свободное перемещение в космическом пространстве, основав колонии на Марсе, спутниках Юпитера и Сатурна, и, возможно, у других близлежащих звёзд типа Альфа Центавра.
Так уж вышло, что такой невероятный объект, как Солнце, дал нашим далёким предкам возможность на жизнь, и он же эту жизнь может с лёгкостью забрать у наших далёких потомков. Не нужно думать, что вас это не касается, потому что это будет всего-то через миллиард лет. В космических масштабах это мгновение, а срок человеческой жизни и вовсе незначителен. И [вновь] так уж вышло, что при вероятности зарождения жизни во Вселенной, который равен ~0,0000000000000000000001% [хотя в масштабах Вселенной даже такая вероятность крайне велика], нам посчастливилось стать свидетелями и непосредственными участниками самосознания и изучения всего, что нас окружает. Не нужно быть эгоистом. Жизни человека достаточно, чтобы сделать всё возможное для продвижения науки на новый, неизведанный уровень, которая, в свою очередь, в долгосрочной перспективе, поможет вашим пра-пра-пра-пра-пра-пра-пра-пра-пра-пра-правнукам свободно делать то, о чём мы можем только мечтать. Каждый из нас должен сделать всё возможное, чтобы такое невероятное явление, как жизнь, и жизнь осознанная и цивилизованная, могла просуществовать как можно дольше.
Спасибо, если дочитал до конца. Я надеюсь, что данная публикация была полезной и информативной, а также чуточку вдохновляющей. Ставь лайк, подписывайся на канал и делись с друзьями.
Я желаю вам добра и счастья на Земле и во Вселенной!