Как устроено Солнце? Насколько жарко может быть внутри? Как долго оно будет продолжать сиять и во что именно превратится в далеком будущем? Мы уже довольно много знаем о ближайшей к нам звезде, хотя, вероятно, никогда не сможем к ней долететь. Давайте узнаем тайны недр Солнца и увидим, какая судьба ждет всю Солнечную систему через несколько миллиардов лет.
Многие наверняка помнят сцену из культовой американской комедии «Аэроплан II: Продолжение» 1982 года, в которой герои в результате стечения событий летят прямо к Солнцу. Удивительно, но космический корабль вообще не разбивается и не сгорает, несмотря на то, что находится очень близко к звезде со своими пассажирами. Раскрывая финал истории, героям отважно удастся развернуть корабль и приземлиться на космическую станцию на Луне.
Это кинематографическая реальность, но сумеет ли человек когда-нибудь достичь короны Солнца в реальной? Это сомнительно, если к тому времени не будут изобретены технологии, защищающие нас от сокрушительного миллиона кельвинов, преобладающего в солнечной короне. На данный момент мы лишь «удаленно» изучаем нашу ближайшую звезду, что не означает, что мы мало о ней знаем.
Насколько жарко внутри Солнца?
Прежде чем мы рассмотрим отдельные слои, из которых состоит наша звезда, давайте узнаем основные факты о ней, чтобы лучше понять, с каким огромным объектом мы имеем дело. Диаметр Солнца составляет ровно 1 392 684 километра, что в 109 раз больше диаметра Земли. Интересно, что в случае с массой дело обстоит не так пропорционально, ведь наша звезда тяжелее Земли аж в 333 000 раз.
Солнце составляет 99,86% массы всей Солнечной системы и почти полностью состоит из двух элементов — водорода и гелия. Первого в нем ровно 73,46%, второго — 24,85%. Остальной состав это металлы, которыми в астрономии называют все элементы, кроме водорода и гелия, т.е. в данном случае кислород, углерод, железо и т.д.
В самом центре Солнца находится его ядро, которое занимает примерно 20-25% диаметра звезды. Как и все Солнце, оно состоит из плазмы и имеет плотность в 150 раз больше плотности воды. Температура в центре Солнца достигает 15 миллионов кельвинов. Именно здесь происходит ядерный синтез, производящий огромное количество энергии. Это происходит в протонном цикле, когда водород превращается в гелий. Интересно, что большая часть слияния ядер происходит в центральной части ядра, а в более удаленных его областях почти не происходит.
За ядром Солнца находится зона лучистого переноса. Температура в этой зоне еще достаточно высока, чтобы материя состояла только из электронов и ионов, как и в ядре. Однако, следуя градиенту, температура здесь падает с 7 миллионов кельвинов в ядре до 2 миллионов кельвинов ближе к следующей части недр нашей звезды, зоне конвекции.
Над зоной лучистого переноса, вплоть до самой поверхности Солнца, находится зона конвекции, в котором уже не так жарко, потому что температура здесь опускается «всего» до 5700 Кельвинов. Из-за большей «прохладности» перенос тепла через эту зону не столь эффективен. Вместо излучения тепло заставляет материал в конвективном слое уменьшать плотность и начинать расширяться и подниматься. Это создает специфические конвекционные ячейки, переносящие тепло в фотосферу. Мы можем наблюдать эти клетки с Земли в специальные телескопы, через которые они выглядят как огромные гранулы.
Следующий слой — фотосфера. Именно здесь создаются фотоны, которые затем попадают на Землю. Его толщина составляет 400 километров, и он чуть более прозрачен, чем чистый воздух на нашей планете. Стоит отметить, что верхняя часть фотосферы более холодная и излучает меньше радиации, из-за чего диск Солнца кажется более темным по краям — явление, называемое краевым затемнением.
Выше фотосферы мы имеем дело с атмосферой Солнца, которая также состоит из нескольких зон: слоя температурного минимума (область, где
температура 4100 Кельвинов), хромосферы, переходного слоя, короны, температура которой повышается до 1-2 миллионов кельвинов, и гелиосферы (область атмосферы с плазмой солнечного ветра).
Какое будущее ждет Солнце и Землю?
В этот момент считается, что Солнце находится примерно на полпути основной последовательности жизни звезды. В ядре постоянно происходят реакции превращения водорода в гелий – ежесекундно для этого используется целых 4 миллиона тонн вещества, из которого вырабатывается огромное количество энергии.
Возраст Солнца оценивается в 4,567 миллиарда лет, и предполагается, что наша звезда останется на главной последовательности еще 5,4 миллиарда лет. Только тогда он начнет превращаться в красного гиганта. Напомним, что Земля примерно того же возраста, что и Солнце. В течение десятилетий ученые думали, что наша звезда относительно тусклая и маленькая по сравнению со многими другими в Млечном Пути. Но исследования 2010 года подтвердили, что Солнце ярче примерно 95% звезд нашей галактики.
Светимость Солнца увеличивается по мере того, как солнечные лучи медленно развиваются. Ситуация начнет резко меняться, когда водород для ядерных превращений будет полностью исчерпан. Тогда Солнце за миллионы лет начнет расти до таких размеров, что сможет поглотить Землю. Однако до того, как это произойдет, наша планета станет совершенно негостеприимной для любых форм жизни.
Яркость Солнца постоянно увеличивается — в течение следующего миллиарда лет она увеличится до такой степени, что вся вода из океанов испарится, а поверхность нашей планеты станет совершенно сухой. Хотя такое видение не звучит оптимистично, это всего лишь научная гипотеза, к тому же касающаяся чрезвычайно отдаленной временной перспективы. Чтобы понять это, стоит узнать, как выглядела Земля миллиард лет назад — в то время здесь были только зачатки континентов, в океанах развивались только примитивные, в основном одноклеточные формы жизни, и вам еще предстоит ждать появления каких-либо развитых растений и животных 500 млн. лет.
Как мы видим, последний миллиард лет принес на Землю огромные перемены, следующий такой же период наверняка принесет не меньше. Почти все на нашей планете, от жизни до технологий, зависит от активности Солнца — хотя, как это ни парадоксально, мы не можем смотреть на его напрямую.
