Все знают, что Солнце - это ближайшая к нам звезда, единственная, которую мы видим днём. Остальные звёзды нам светят ночью. Солнце представляет собой огромный огненный шар. При этом на просторах Вселенной - это довольно заурядная звезда.
Если посмотреть на Солнце, используя астрономические приборы наблюдения, то мы увидим, что структура поверхности Солнца не однородная, на ней имеются более тёмные области, которые часто называют "тёмные пятна" - это солнечные пятна. Они имеют разные размеры, в течение времени их количество меняется, расположение на поверхности Солнца - тоже меняется.
Рассмотрим, какие процессы протекают на Солнце, с чем они связаны, какие изменения вызывают при этом на поверхности нашей планеты.
Для начала познакомимся с общей характеристикой ближайшей к нам звезды. С детства мы рисуем солнце жёлтым карандашом: жёлтый круг и от него - жёлтые лучи. Оказывается, что жёлтый цвет - иллюзия, которая связанна с влиянием атмосферы Земли на солнечный свет. На самом деле излучение Солнца почти белое.
Являясь одной из сотен миллиардов звёзд Млечного пути, нашей галактики, Солнце относится к типу "жёлтые карлики", что говорит о том, что по сравнению с другими звёздами, оно имеет небольшие размеры (есть звёзды, радиус которых в 2000 раз больше солнечного). Несмотря на свои относительно малые размеры, Солнце является довольно яркой звездой и входит в 15% самых ярких звёзд Млечного пути.
Источником тепла, излучаемого звездой, являются термоядерные реакции протон-протонного цикла. Суть этого процесса заключается в том, что атомы водорода ( их в составе Солнца 73,5%) сливаются, образуя атомы гелия (24,9% в составе Солнца), при этом происходит выделение энергии. По сути, конечный продукт реакции - это ядро атома гелия, возникшее в результате слияния четырёх протонов с выделением энергии. Процесс происходит в три этапа и даёт производство 98 % энергии Солнца.
Вот как даётся запись всех трёх этапов цикла (Википедия):
- 3He + 3He → 4He + 2p + 12,85 МэВ.
В ходе других реакций из гелия получается углерод, из углерода – неон и магний, из неона – аргон и кальций и т.д. - так из водорода образуется большое количество элементов - этот процесс называется нуклеосинтезом. Остальные элементы Солнца, кроме водорода и гелия, составляют 1,5%.
Строение Солнца
Так как Солнце - газообразный объект, то твёрдой поверхности не имеет. В его строении можно выделить 6 слоёв. Первых три слоя - это солнечная атмосфера. В нижних слоях плотность газов атмосферы становится больше. Под атмосферой находятся внутренние слои.
Внутренние слои состоят из ядра, зоны лучистого переноса и зоны конвективного переноса.
Ядро является настоящим природным термоядерным реактором. Радиус ядра составляет около 150 тыс. км. Только здесь существуют условия для протекания всех термоядерных реакций: это температура – выше 13,5 млн. градусов и давление, которое превышает 100 гигапаскалей (GPa), что в 10 миллионов раз превышает атмосферное давление на Земле.
Плотность вещества в ядре составляет примерно 150 000 кг/м³³³ (в 150 раз выше плотности воды и в ~6,6 раз выше плотности самого плотного металла на Земле — осмия).(https://science.fandom.com/ru/wiki/Солнце) Только солнечное ядро вырабатывает энергию. Все остальные слои Солнца нагреваются за счёт этой энергии.
Зона лучистого переноса — средняя зона Солнца. Располагается непосредственно над солнечным ядром, на расстояниях примерно от 0,2—0,25 до 0,7 радиуса Солнца от его центра.
Зона конвективного переноса занимает около трети объёма звезды. Здесь горячая плазма, поднимаясь к верхней границе зоны, охлаждается за счёт излучения энергии в фотосферу. Теряя свою температуру, плазма опускается к нижней границе зоны, где она вновь разогревается за счёт лучистой энергии. Затем процесс повторяется, то есть происходит постоянная ротация плазмы из нижних слоёв зоны в верхние и наоборот.
Над конвективной зоной располагается солнечная атмосфера. Она состоит (по числу атомов) в основном из водорода, 10% гелия, 1/1000 углерода, азота, кислорода и 1/10 000 металлов вместе со всеми остальными химическими элементами.(http://ecrs2012.sinp.msu.ru/spravka/atm_s.htm)
Атмосфера Солнца делится на фотосферу, хромосферу и корону, которая переходит в солнечный ветер.
Фотосфера представлена видимой поверхностью, которая испускает основную часть излучения. Здесь солнечная радиация становится видимым светом. Толщина этого слоя равна 100-400 км, температура составляет почти 5,5- 6,0 тысяч градусов Цельсия. Именно по границе фотосферы происходит определение размеров Солнца. Здесь же образуются солнечные пятна. В центре больших солнечных пятен, которые могут достигать размера до 200 тыс. км, температура может опускаться до нескольких тысяч градусов Цельсия. Совсем маленькие пятна называют порами.
Солнечные пятна являются областями выхода в фотосферу сильных (до нескольких тысяч гаусс) магнитных полей. Потемнение фотосферы в пятнах обусловлено тем, что магнитное поле подавляет конвективное движение вещества, поэтому снижается поток переноса тепловой энергии в этих областях, а следовательно и температура этих образований фотосферы понижается.
Количество пятен на Солнце - один из главных показателей солнечной магнитной активности.
Телескоп позволяет увидеть, что вся поверхность Солнца состоит из гранул, каждая из которых может достигать диаметра до 700 км. Они представляют собою огромные пузыри плазмы. Эти же гранулы хорошо видны вокруг тёмных пятен. Относительное расположение гранул постоянно меняется: за 5—10 мин они успевают появиться и исчезнуть. Это связано с тем, что плазма в гранулах поднимается вверх, остывает и в межгранульных пространствах опускается вниз.
Показатели магнитного поля Солнца вызывают разнообразные эффекты, совокупность которых называется солнечной активностью. Она включает в себя такие явления, как солнечные пятна, солнечные вспышки, вариации солнечного ветра.
Магнитное поле Солнца формируется благодаря движению заряженных частиц в его внутренних слоях. Внутри Солнца происходят конвективные потоки, вызванные разницей в плотности и температуре вещества. Эти потоки создают электрические токи, которые в свою очередь порождают магнитное поле. (https://nauchniestati.ru/spravka/rol-magnitnyh-polej-na-solncze/#Солнечное_магнитное_поле)
Магнитное поле оказывает значительное влияние на солнечную активность. Наиболее заметно выражен цикл солнечной активности с длительностью около 11 лет. При этом происходит смена магнитных полюсов у Солнца: северный полюс постепенно переходит на место южного полюса, а южный - на место северного. Всё это происходит в течение определенного времени (на это уходит приблизительно 11 лет) совершенно незаметно для человечества. Однако до настоящего времени отсутствует не только научное объяснение, но и более-менее приемлемая гипотеза причины этого явления.(https://proza.ru/2019/10/30/373)
Хромосфера и корона представляют более слабое излучение, чем фотосфера. Поэтому их хорошо наблюдать во время полного солнечного затмения, когда диск Луны полностью закрывает фотосферу.
За пределами фотосферы происходит медленный рост температуры до нескольких десятков тысяч градусов, что сопровождается ионизацией водорода и гелия. Это происходит в части атмосферы Солнца, которая называется хромосферой. Общая её протяжённость 10 -15 тыс. км. Хромосфера выглядит неоднородной, представляется в виде постоянно вьющихся продолговатых язычков, которые называют спикулами. Спикулы выбрасываются из нижней хромосферы со скоростями до 30 км/с. Они представляют собою отдельные столбы светящейся плазмы и поднимаются из хромосферы в солнечную корону до высоты 6-10 тыс. км, их диаметр 200-2000 км. Устойчивость спикул во времени составляет 5-10 минут.
Количество спикул, существующих на Солнце одновременно, около одного миллиона. Они покрывают около 1% площади диска светила. Практически все спикулы находятся на границах огромных гранул, создавая определённую хромосферную сетку.
Хромосфера может также участвовать в образовании протуберанцев. Протуберанцы - это плотные облака газов, возникающие в самой солнечной короне или выбрасываемые в неё из хромосферы. Чаще всего протуберанец имеет вид гигантской светящейся арки, которая опирается на хромосферу; она образована струями и потоками более плотного вещества по сравнению с окружающим.
Протуберанцы имеют разную форму, размеры и скорость движения вещества, а также разное время существования. Так называемые спокойные протуберанцы существуют недели и месяцы, их вещество движется медленно, форма меняется тоже медленно. Другой вид протуберанцев - эруптивные или изверженные протуберанцы - по внешнему виду напоминают громадные фонтаны, которые возвышаются над поверхностью Солнца до 1,7 млн км. Их вещество движется быстро со скоростями в сотни км/с. Но они не продолжительны по времени существования. Есть и другие виды протуберанцев.
Протуберанцы можно назвать плотными конденсатами относительно холодного (по сравнению с короной) вещества, которые поднимаются и удерживаются над поверхностью нашей звезды её магнитным полем.
Корона - самый верхний слой атмосферы Солнца, для изучения её в любое время (не во время солнечных затмений) используются специальные телескопы - коронографы.
Солнечная корона состоит из чрезвычайно горячей, разреженной плазмы. Температура внутри короны более миллиона градусов, и что удивительно, гораздо выше, чем температура на поверхности Солнца, которая составляет около 5500 °C. Давление и плотность короны, намного ниже, чем в атмосфере Земли.
Форма короны зависит от фазы цикла солнечной активности: в периоды максимальной активности она имеет округлую форму, а в минимуме активности вытянута вдоль солнечного экватора. Поскольку температура короны очень велика, она интенсивно излучает в ультрафиолетовом и рентгеновском диапазонах. Но эти излучения не пропускает атмосфера Земли. Излучение в разных областях короны происходит неравномерно: есть горячие активные и спокойные области. Имеются также корональные дыры с относительно невысокой температурой, из которых в пространство выходят магнитные силовые линии.
Структура солнечной короны чрезвычайно сложна и динамична. Основные её образования следующие:
- Корональные петли - состоят из замкнутых линий магнитного поля, их часто окружают солнечные пятна и активные области. Одни петли наблюдаются несколько дней, а другие - несколько недель.
- Корональные стримеры - это вытянутые яркие шлемообразные структуры с открытой вершиной, в основном формируются над пятнами и областями повышенной активности; образуются из крупных петель магнитного поля и могут удерживать над поверхностью протуберанцы и волокна.
- Протуберанцы - плотные конденсации холодного вещества над поверхностью Солнца.
- Волокна - тёмные вытянутые структуры, хорошо видимые в солнечной хромосфере . Представляют собой конденсации из плотной и более холодной, чем окружающее вещество, плазмы.
Солнечная корона достигает орбиты Земли в виде постоянно движущегося потока плазмы, который называется солнечным ветром. Плазменный поток короны Солнца простирается ещё дальше Земли, за пределы орбит Юпитера и Сатурна. Можно сказать, что все планеты Солнечной системы погружены в плазменные потоки солнечной короны.
Получается, что жизнь планеты Земля происходит в атмосфере Солнца. Перечислим лишь некоторые примеры проявления на Земле солнечной активности: геомагнитные бури,северное сияние, смена дня и ночи, смена времён года, фотосинтез у растений, радуга, полярная ночь, полярный день, практически все климатические и погодные явления. В этих природных явлениях проявляются воздействия разных излучений, в том числе видимого и инфракрасного излучения Солнца.
О планетах солнечной системы можете прочитать по ссылке: https://dzen.ru/a/ZEy22m5FmEi7LA_2
Благодарю всех, кто дочитал эту статью до конца, оценил труд, поставив "класс", поделившись информацией, или подписался.
