Солнце — единственная и главная звезда в Солнечной системе. Его влияние лежит в основе большинства процессов. Солнце оказывает гравитационное воздействие на все объекты системы, и является основным источником энергии в ней. Без Солнца жизнь на Земле была бы невозможна. Все живые организмы питаются энергией звезды напрямую или опосредованно. К тому же наше светило обеспечивает для Земли защиту от радиоактивного космического ветра. В мифологии многих древних народов Солнце занимает место верховного божества. Конечно, представители древних цивилизаций не знали о многих аспектах связанных с Солнцем, но оно всегда ассоциировалось у людей с чем то добрым и хорошим, потому, что приносило тепло и свет. С восходом Солнца заканчивалась опасная ночь, и начинался день, во время которого древнего человека поджидало гораздо меньше опасностей, чем в темное время суток. Сегодня, благодаря науке, мы знаем о Солнце существенно больше, чем знали древние.
Характеристики Солнца
Солнце представляет собой огромный шар, имеющий очень большую температуру. Он состоит из смеси двух газов водорода и гелия. Водорода около 75%, а гелия 24%. Чуть более одного процента состава приходится на другие химические элементы. Диаметр Солнца составляет 1,392 миллиона километров, что превосходит диаметр Земли в 109 раз. По массе Солнце является самым большим объектом в Солнечной системе. Только представьте, его масса — это почти 99,9% от массы всех объектов нашей звездной системы.
Если наблюдать Солнце с поверхности Земли, то оно имеет желтый оттенок. На самом деле звезда излучает белый свет, а желтизну ему придает влияние атмосферы планеты.
В галактике Млечный путь от 200 до 400 миллиардов звезд, и Солнце входит в состав этого космического объединения. Соседкой Солнца является звезда Проксима Центавра. Она располагается всех ближе к нашему светилу. Расстояние до Проксимы Центавра составляет 4,24 световых лет. Свету от Солнца, чтобы добраться до Земли требуется 8 минут 32 секунды. За это время он преодолевает почти 150 млн километров. Расстояние от Земли до Солнца является единицей измерения, и имеет название «астрономическая единица» (а.е.).
По классификации звезд Солнце относится к группе «желтых карликов». Представители этого класса имеют достаточно компактные размеры и среднюю температуру по сравнению с другими звездами.
Внутри Солнца происходят термоядерные реакции, производящие тепло и свет. Атомы водорода под влиянием колоссального давления сливаются друг с другом, образуя гелий. 98% энергии, порождаемой Солнцем, выделяется из-за термоядерных реакций. Остальные 2% обеспечиваются сгоранием таких элементов как гелий, углерод, кислород, неон и кремний. Нуклеосинтез в недрах Солнца образует более тяжелые химические вещества — железо, магний, кальций и никель.
Влияние гравитации Солнца распространяется на огромное расстояние. Считается, что наша звезда «дотягивается» своей гравитацией до гипотетического образования — облака Оорта (множество космических тел, окружающих Солнечную систему), расположенного в радиусе 100-150 астрономических единиц. Именно там, где гравитация Солнца сходит на нет и заканчивается Солнечная система.
Солнце вращается вокруг своей оси, но не как твердое тело. Из-за того, что оно состоит из газов, разные слои светила вращаются с разной скоростью. Экваториальная область Солнца делает полный оборот за 25 дней, а полярные области около 34. К тому же внутренняя часть солнца вращается быстрее, чем внешние слои.
Диаметр Солнца составляет 1392000 километров. Протяженность экватора 4370000 км. Масса Солнца, если считать в массах Земли, насчитывает 333000 масс нашей планеты. Площадь поверхности звезды составляет 6 трлн квадратных километров. Объем и плотность — 1,41х10^18 км3 и 1,4 г/м3. Внешняя оболочка Солнца разогревается до +6000 градусов по Цельсию. В ядре Солнца температура намного выше, и составляет почти 16 млн градусов. Вторая космическая скорость на Солнце 617 км/с. Ускорение свободного падения — 274 м/с2.
Состав Солнца
Современный состав Солнца включает в себя водород (около 73,5%) и гелий (24,9%). Есть в составе и другие вещества, но их суммарная доля составляет всего 1,5 процента от массы звезды. На заре своего существования Солнце имело в составе больше водорода, однако в ходе термоядерных реакций он был превращен в гелий. Гелий в свою очередь переходит в более тяжелые химические элементы.
Строение Солнца
Хоть Солнце и не имеет твердой поверхности, оно все же делится на слои. Всего их различают 6. Три слоя составляют атмосферу Солнца, а другие три называются внутренними.
Самый глубокий слой — ядро. Его радиус составляет 150000 километров. Температура здесь не бывает ниже 13,5 млн градусов, а давление может достигать показателя в 200 млрд атмосфер. Плотность ядра очень высокая, она равна 150 грамм вещества в кубическом сантиметре. Этот показатель превышает плотность золота в 7,5 раз. Ядро вырабатывает всю энергию Солнца, а остальные слои лишь переносят ее.
Зона лучистого переноса
За ядром следует зона лучистого переноса. Ее радиус составляет 490000 километров. В смежной с ядром области этого слоя температура составляет 7 млн градусов, и постепенно понижается до 2 миллионов ближе к поверхности. Плотность зоны лучистого переноса также опускается по мере удаления от ядра. Рядом с ядром она составляет 20 г/см3, а в верхнем слое 0,2 г/см3. Плотность вещества здесь очень высокая, поэтому атомы водорода неподвижны. Чтобы переносить энергию от ядра, они поглощают и излучают фотоны, которые продвигаются к поверхности звезды от атома к атому. Фотон из ядра тратит в среднем 170 тысяч лет, чтобы пройти зону лучистого переноса.
Зона конвективного переноса
Третий внутренний слой Солнца - зона конвективного переноса. Ее толщина равна 200-т тысячам километров. Здесь перемещение атомов уже возможно, и они активно двигаются. Благодаря этому движению, некоторые потоки которого могут иметь скорость 6 километров в секунду, Солнце обладает магнитным полем. Ближе к поверхности звезды температура опускается до 6000 градусов.
Фотосфера
Фотосфера является нижним слоем атмосферы Солнца. В этом слое происходит излучение света, который достигая планет, нагревает их. Фотосфера имеет толщину от 100 до 400 километров. Температура во внешней части фотосферы может достигать 4700 градусов.
Хромосфера
Этот слой находится над фотосферой. Он имеет толщину 2000 километров. Хромосфера излучает сравнительно небольшое количество света, поэтому ее сложно пронаблюдать с Земли. Лучше всего ее видно во время затмений Солнца. Из нижних слоев хромосферы к ее поверхности извергаются столбы плазменного вещества. Они называются спикулами. В каждый момент времени в хромосфере присутствует около миллиона спикул. Хромосфера интересна тем, что ее нижний слой имеет более низкую температуру, чем верхние. Температура нарастает вверх по слою, и на верхней границе хромосферы может составлять 20000 градусов.
Корона
Самый верхний слой атмосферы Солнца — корона. Она не имеет четко различимой верхней границы. Здесь очень низкая плотность вещества, но температура поднимается до нескольких миллионов градусов. Каким образом корона Солнца приобретает настолько высокую температуру до сих пор является загадкой. В короне присутствуют протуберанцы — петлеобразные выбросы солнечной материи. Их высота может доходить до 1,7 млн км.
Магнитное поле Солнца
Солнце имеет магнитное поле, и не одно. У нашей звезды есть основное — глобальное поле и большое количество локальных магнитных полей.
Глобальное магнитное поле циклично. Оно меняется каждые 11 лет, и это влияет на частоту проявления солнечных пятен. Одиннадцатилетние циклы магнитного поля называются «циклами Швабе». Генрих Швабе — астроном, заметивший закономерности появления солнечных пятен. Позже эти закономерности связали с напряженностью магнитного поля Солнца. Оказалось, что каждые одиннадцать лет полярность поля меняется на противоположную. Существует понятие «цикл Хейла», оно обозначает возвращение полярности к первоначальному состоянию. Этот цикл длится 22 года.
Локальные магнитные поля. Они имеют большую напряженность, чем глобальное, но существуют недолго — всего несколько дней. Солнечные пятна — маркеры локальных магнитных полей. Через эти области локальные поля проходят сквозь поверхность Солнца.
Этапы эволюции Солнца
Звезды подобные Солнцу живут около 10 млрд лет. На протяжении этого времени звезда претерпевает ряд изменений. Исследования показали, что сейчас возраст Солнца равен 4,5 млрд лет.
Наша звезда родилась из облака газа и пыли, где частички вещества под действием гравитации сцеплялись между собой, набирая постепенно массу, необходимую для запуска термоядерных реакций. Материя, не вошедшая в состав Солнца образовала планеты и другие тела Солнечной системы.
Запустив термоядерные реакции в своем ядре, Солнце начало «худеть». В течение каждой секунды наше светило теряет около четырех тонн вещества, из которого получается энергия. В то же время само Солнце становится горячее и ярче. Примерно каждый миллиард лет яркость светила увеличивается на 10 процентов. Исходя из этого можно предположить, что в прошлом Солнце было холоднее, а значит Венера, которая располагается ближе к звезде, чем Земля, могла обладать климатом, пригодным для появления жизни.
В будущем же, Солнце продолжит нагреваться. Это приведет к тому, что температура на нашей планете будет расти. Вероятно, через 3,5 миллиарда лет Солнце разогреется настолько, что температура на Земле станет близкой к температуре Венеры (около 400-т градусов по Цельсию). Однако не стоит забывать про Марс, чья орбита располагается дальше от звезды. Возможно, условия на красной планете к тому времени станут приемлемыми для живых организмов. У каждой звезды есть так называемая «зона обитаемости» (расстояние от звезды на котором планеты могут сохранять воду в жидком состоянии). Зона обитаемости Солнца постепенно удаляется от него.
Количество водорода в ядре Солнца постоянно сокращается. Ядро звезды уменьшается, а само Солнце растет. Водородного топлива в ядре осталось примерно на 6,4 млрд лет. Когда он иссякнет полностью, звезда будет иметь размер в полтора раза больше современного. На этом увеличение размеров Солнца не остановится. За следующие 700 млн лет Солнце будет уже более чем в 2 раза больше, чем сейчас.
Дальнейшее увеличение температуры звезды запустят термоядерные реакции в оболочке Солнца. Светило быстро расширится достигнув орбиты Земли. Есть гипотеза, согласно которой Земля может уцелеть. Дело в том, что масса Солнца к тому времени сократится на 28% и «отпустит» нашу планету на более далекую орбиту.
Температура в ядре звезды превысит 100 млн градусов. Это приведет к выгоранию гелия. Радиус звезды в этот период уменьшится до 10 нынешних радиусов. Его запасов хватит на 110 миллионов лет. Когда гелий кончится, звезда вновь расширится и станет «красным гигантом». В этом состоянии Солнце просуществует около 20 млн лет.
Финальной стадией эволюции Солнца станет сброс внешних оболочек. На месте нынешнего «желтого карлика» останется только его ядро, представляющее из себя «белый карлик». Этот объект по размерам будет сопоставим с Землей, а его масса в два раза меньше современной массы Солнца. Внутри «белого карлика» не смогут происходить термоядерные реакции, поэтому объект будет постепенно остывать, превращаясь в холодный «черный карлик». Этой стадией и завершится эволюция нашей звезды.
Место Солнца в галактике Млечный путь
Солнце относится к звездному скоплению, называемому галактикой Млечный путь. Как и все объекты галактики, Солнце вращается вокруг ее центра. В центре галактики сосредоточена большая ее масса. Там же располагается сверхмассивная черная дыра, называемая Стрелец А*. Расстояние от центра Млечного пути до Солнца — 26 000 световых лет. Один оборот Солнечной системы вокруг центра галактики происходит за 250 млн лет. Скорость вращения — 225 км/с.
Млечный путь — спиральная галактика. От ее центра расходятся несколько «рукавов». Солнечная система находится в рукаве Ориона.
Исследования Солнца
У многих народов Земли Солнце почиталось как божество. Известно, что пятна на его поверхности были впервые рассмотрены китайцами за 800 лет до наступления нашей эры.
Древнегреческий астроном Аристарх Самосский в 3 веке до нашей эры сделал предположение, что Земля вращается вокруг Солнца, а не наоборот. Однако, долгое время за истину принималась геоцентрическая модель Солнечной системы.
Галилео Галилей при помощи телескопа рассмотрел солнечные пятна на поверхности звезды. Наблюдая их перемещение он сделал вывод, что Солнце вращается вокруг собственной оси. Итальянский ученый даже рассчитал период обращения светила.
Другой итальянец Джованни Кассини при помощи Марса смог достаточно точно определить расстояние от Земли до Солнца в 1672-м году. По итогам исследований у Кассини получилась цифра 140 млн километров.
С появлением спектрального анализа в 19-м веке, ученые узнали химический состав звезды. При изучении спектра Солнца был открыт новый элемент - гелий.
Долгое время ученым было не понятно за счет чего Солнце производит столько энергии. С открытием ядерных реакций, физикам стало понятно, что в основе солнечных процессов лежит термоядерный синтез.
Советские аппараты «Луна-1» и «Луна-2» в 1959-м году зафиксировали поток частиц, идущий от Солнца. Его назвали Солнечным ветром.
