Что такое солнце с точки зрения физики

Солнце. Могучий Гелиос.

Центральная звезда нашей планетной системы — единственная звезда, поверхность которой можно непосредственно наблюдать с Земли. Действительно, это ближайшая к нам звезда. Если свет других звезд, распространяющийся с фантастической скоростью,— 300 тыс. км/с идет до Земли долгие годы, то расстояние от Земли до Солнца (около 150 млн. км) он пробегает всего за 8 мин и 19 с. А путешествие до следующей ближайшей к нам звезды, до «альфы Центавра», он совершает за четыре с четвертью года.

Так вот, можно считать, что Солнце — наша собственная звезда.

И все же расстояние Земли от Солнца крайне велико — так велико, что на Землю попадает только совершенно ничтожная часть (около одной двухмиллиардной доли) того огромного потока энергии, которую Солнце в виде света и тепла излучает в окружающее пространство.

«Рядовая звезда в системе Млечного пути, обычный желтый карлик» — такова научная классификация нашего светила, сухая и бесстрастная. Но диаметр этого «карлика», диаметр огромного раскаленного газового шара (1390 тыс. км) в 109 раз больше поперечника Земли. Масса Солнца в 333 тыс. раз больше земной, а объем — в 1300 тыс. раз больше.

Солнце вращается вокруг своей оси в том же направлении, в котором движутся по своим орбитам окружающие его планеты, включая и нашу Землю. Поэтому мысленно мы можем наметить ось вращения Солнца, а на его поверхности, как на глобусе, провести экватор, параллели и меридианы. Меридиан, проходящий через центр видимого диска Солнца, принято называть центральным.

Газовый шар Солнца, сохраняющий свою форму под действием его собственного гравитационного поля, состоит в основном из двух химических элементов: водорода (85%) и гелия (13%). В этом водородно-гелие-вом газе все остальные элементы (кислород, азот, магний, кремний, натрий, алюминий, углерод, железо и др.) присутствуют лишь в качестве примесей. Мы, к сожалению, пока что очень мало знаем о деталях внутреннего строения Солнца. Центральную часть светила мы наблюдать не можем, так как солнечные газы непрозрачны.

Если у науки нет экспериментальных данных, то приходится прибегать к теоретическим расчетам. Масса солнечного газа настолько велика, что плотность и давление, а следовательно, температура достаточны для протекания ядерных реакций. Согласно теории, температура газов в самом центре Солнца достигает 20 млн. К, а давление— 10 млрд. атм. В этих условиях любой химический элемент должен перейти в так называемое плазменное состояние* Здесь непрерывно происходят мощные термоядерные (термоядерный синтез водородных атомов и превращение их в более тяжелые элементы) реакции, сопровождающиеся колоссальным выделением энергии. Эта энергия и поддерживает уже очень долго излучение Солнца на современном уровне.

С точки зрения физики, Солнце — не что иное, как колоссальный природный ядерный реактор, удаленный от Земли на сравнительно безопасное расстояние. Этот реактор миллиарды лет перерабатывает в энергию свое собственное вещество. Каждую секунду 4 млн. т солнечного вещества рассеивается в пространстве в виде теплового (или, как говорят физики, инфракрасного), светового, ультрафиолетового, радиоволнового, рентгеновского излучения, гамма-лучей и, наконец, потоков электрически заряженных и нейтральных частиц различных энергий.

И все-таки, несмотря на такой огромный расход вещества, согласно геологическим и палеонтологическим данным, по крайней мере в течение нескольких миллиардов лет Солнце светило практически так же ярко, как и сейчас. А поскольку масса Солнца оценивается в 2-Ю27 т, то жизнь Солнца как самосветящегося тела обеспечена на многие миллиарды лет.

Что же известно людям — обитателям небольшой планеты Земля, третьей по счету от центрального светила, о строении своей звезды? Если Солнце — газовый шар, то почему его края не размыты? Почему даже в очень мощные, большие телескопы Солнце кажется диском с резко очерченными краями?

Дело в том, что существует сравнительно тонкий, 100—300 км (по сравнению с радиусом Солнца в 700 тыс. км это, конечно, «тонкий»), непрозрачный внешний слой, отделяющий недра Солнца от обширной солнечной атмосферы. Оказывается, что в основном весь свет и все тепло, которые излучаются Солнцем в окружающее пространство, выходят из этого слоя, который называется фотосферой.

Энергия, высвобождаемая при ядерных реакциях, не вся прямо переходит в тепло, излучаемое в космическое пространство. Из глубины Солнца энергия должна проделать путь к его поверхности в форме жесткого и мягкого рентгеновского и ультрафиолетового излучения. В конечном итоге эта радиация поглощается в верхних слоях, а нагретый газ расширяется и поднимается. Эти внешние области называются конвективным слоем и простираются на расстояние порядка четверти солнечного радиуса ниже фотосферы.

Из слоев, расположенных непосредственно под фотосферой, идет сильное излучение раскаленных газов, но оно не выходит наружу, а полностью поглощается фотосферой. Поэтому температура фотосферы в среднем составляет около 6000 К. И эта температура повышается с глубиной, по направлению к центру Солнца. Напомним, что фотосферный слой — это газ, и, значит, вещество находится в непрерывном движении.

Если рассматривать Солнце в телескоп, то можно заметить, что поверхность фотосферы неоднородна и состоит из отдельных «зерен» — гранул. Картина грануляции все время меняется — появится блестящее зерно, отделенное от соседних зерен темным пространством, а через несколько минут исчезнет. А потом на его месте образуется новая гранула и так до бесконечности.

Одним из способов изучения Солнца, причем очень эффективным, является спектральный анализ. Он не только дает возможность определять химический состав светящегося газа, но и позволяет оценивать движение этого газа, Мы уже говорили об эффекте Доплера и связанном с ним уширении и смещении спектральных линий. Так вот, применение спектрального анализа непосредственно показывает, что «зернистая» поверхность фотосферы объясняется наличием восходящих и нисходящих токов. Нагретый газ (светлые гранулы) поднимается из глубин Солнца и, охладившись, опускается обратно. Температура темных промежутков на 350—400 К ниже средней температуры фотосферы. Разность температур и создает впечатление ячеистости. Диаметр гранул — в среднем около 700 км. Таким образом, фотосфера Солнца все время перемешивается, как кипящая вода в кастрюле. Такое явление в физике называют конвекцией.

Конвективный слой на Солнце начинается с глубины около 100 тыс. км, и фотосфера — это его верхняя граница. Движения ионизированного газа в конвективной зоне закручивают и переплетают силовые линии генерируемого внутри Солнца магнитного поля, которое вморожено в плазму, сжимая и сближая силовые линии, образуя тем самым сильные локальные поля.

Мы уже говорили, что огромный солнечный шар медленно вращается вокруг собственной оси. Лучше всего это вращение изучено для фотосферы. Но вращается Солнце не как твердое тело. Если бы оно было твердым телом, все его точки имели бы одинаковую угловую скорость, а значит, совершали бы полный оборот за одно и то же время. Между тем, экваториальные области Солнца вращаются быстрее всего и совершают полный оборот за 25 суток. Чем ближе к полюсам (солнечным полюсам!), тем медленнее вращается фотосфера; например, уже на широте 30° (одна треть расстояния от экватора до полюса) период вращения составляет 26,3 суток. Вблизи полюса это уже месяц. В среднем полный оборот Солнце совершает за 27 земных суток.

Над фотосферой располагается следующая оболочка Солнца — хромосфера. Такое название она получила за свой розоватый цвет, заметный во время полных солнечных затмений. Помните, что такое затмение? Если Солнце, Луна и Земля окажутся на одной линии, то для земного наблюдателя Луна полностью закроет диск Солнца. И тогда вокруг черного диска можно будет заметить розовый (или оранжево-красный) ободок — это и есть хромосфера. В сильный телескоп видно, что она состоит из огромных языков пламени, причудливо извивающихся и переплетающихся. И пламя это простирается вверх на 10—15 тыс. км.

Хромосферу можно считать частью солнечной атмосферы. Это гораздо более разреженная область, чем расположенная внизу фотосфера. И нагрета она сильнее — правда, очень неравномерно. В одной части хромосферы газ может быть нагрет всего до 7—1 0 тыс. К, а в другой — может встретиться вкрапление температурой 30 тыс. К. Но в целом температура повышается с высотой.

Выше хромосферы находится самый внешний пояс солнечного вещества с очень красивым и звучным названием — «солнечная корона». Во время затмения серебристый лучистый ореол окружает заслоненное Луной Солнце. Корональные лучи от солнечной поверхности тянутся иногда на миллионы километров.

Корона целиком состоит из ионизированной плазмы, находящиеся здесь газы разрежены в миллионы раз сильнее, чем в хромосфере и фотосфере, зато температура короны — миллионы градусов! Строение короны очень сложное, структуры очень изменчивы. Лучи и опахала солнечной короны то сжимаются, то широко расправляются. Конечно, физики хотят изучить и описать эту интереснейшую область. И тут дается полная воля фантазии и образному мышлению. «Лучи», «опахала», «корональные хлысты», «кусты», «серпы», «луковицы», «пузыри», «бомбы», «полярные щеточки», «шея», «горловина» — вот такими терминами изобилуют статьи и книги по физике солнечной короны. А как вам нравятся такие строгие термины, как «модель подметающей юбки», «структура типа пшеничное поле» и «дикобраз»? Но именно так описываются сложные явления в солнечной атмосфере, бесконечно изменчивой, подчас неуловимой.

И хромосфера, и корона являются мощными источниками радиоизлучения. Радиоволны уходят в мировое пространство и, конечно, достигают Земли, где улавливаются специальными радиотелескопами. Сквозь земную ионосферу проникают радиоволны длиной от нескольких миллиметров до 15—30 м. Остальные либо поглощаются в земной атмосфере, либо отражаются от нее.

В отличие от земной ионосферы, солнечная корона образована ионами и электронами, которые стремительно уносятся прочь от Солнца. Поверхность Солнца непрерывно испускает поток частиц, который ученые образно назвали солнечным ветром. Солнечный ветер направлен во все стороны от Солнца и наполняет заряженными частицами все околосолнечное пространство, всю нашу планетную систему. Его можно рассматривать как часть непрерывно расширяющейся солнечной короны. Наша планета тоже попадает в этот поток, он обтекает ее, взаимодействуя с магнитным полем Земли, с ионосферой и нижележащей атмосферой. Без преувеличения можно сказать, что мы живем в короне Солнца. Вот теперь становится еще более очевидно, что все процессы на Земле должны быть теснейшим образом связаны с жизнью «желтого карлика».

Солнце – уникальная звезда

Содержание:

Наше Солнце действительно уникальная звезда, хотя бы только потому, что ее свечение позволило создать условия пригодные для жизни на нашей планете Земля, которая, то ли по удивительному стечению обстоятельств, то ли по гениальному Божьему замыслу находится на идеальном расстоянии от Солнца. С древних времен Солнце находилось под пристальным вниманием человека, и если в древние времена жрецы, шаманы, друиды почитали наше светило божеством (во всех языческих культах были солнечные боги), то сейчас Солнце активно изучается учеными: астрономами, физиками, астрофизиками. Какое строение Солнца, какие его характеристики, его возраст и место расположения в нашей галактике, обо всем этом читайте дальше.

Расположение Солнца в галактике

Несмотря на свои огромные размеры относительно нашей планеты (да и других планет) в галактических масштабах Солнце далеко не самая большая звезда, а очень даже маленькая, есть звезды куда больше Солнца. Поэтому астрономы относят наше светило к классу желтых карликов.

Что же касается расположения Солнца в галактике (как впрочем, и всей нашей солнечной системы), то оно находится в галактике Млечный путь, ближе к краю рукава Ориона. Удаленность от центра галактики составляет 7.5-8.5 тысяч парсеков. Говоря простым языком, мы с вами не то, чтобы находимся на задворках галактики, но и от центра мы тоже сравнительно далеко – такой себе «спальный галактический район», не на окраине, но и не в центре.

Вот так выглядит расположение Солнца на галактической карте.

Характеристики Солнца

Согласно астрономической классификации небесных объектов Солнце относится к звезде G-класса, оно ярче 85% других звезд галактики, многие из которых являются красными карликами. Диаметр Солнца составляет 696342 км, масса — 1.988 х 1030 кг. Если сравнить Солнце с Землей, то оно крупнее нашей планеты в 109 раз и в 333000 раз массивнее.

Сравнительные размеры Солнца и планет.

Хотя Солнце кажется нам желтым, настоящий его цвет – белый. Видимость желтого цвета создается атмосферой светила.

Температура Солнца составляет 5778 градусов по Кельвину в верхних слоях, но по мере приближения к ядру она возрастает еще больше и ядра Солнца неимоверно жарко — 15.7 млн. градусов по Кельвину

Также Солнце обладает сильным магнетизмом, на его поверхности имеется северный и южный магнитные полюса, и магнитные линии, которые с периодичностью в 11 лет перенастраиваются. В момент таких перестроек происходят интенсивные солнечные выбросы. Также магнитное поле Солнца оказывает влияние на магнитное поле Земли.

Структура и состав Солнца

Наше Солнце в основном состоит из двух элементов: водорода (74,9%) и гелия (23,8%). Помимо них там присутствует в маленьких количествах: кислород (1%), углерод (0.3%), неон (0.2%) и железо (0.2%). Внутри Солнце делится на слои:

• ядро,
• радиационная и конвекционная зоны,
• фотосфера,
• атмосфера.

Ядро Солнца обладает наибольшей плотностью и занимает примерно 25% от общего солнечного объема.

Строение Солнца схематично.

Именно в солнечном ядре посредством ядерного синтеза, трансформирующего водород в гелий, формируется тепловая энергия. По сути, ядро – это такой себе солнечный мотор, благодаря ему, наше светило выделяет тепло и обогревает всех нас.

Почему светит Солнце

Как раз таки свечение Солнца происходит благодаря неустанной работе солнечного ядра, точнее, термоядерной реакции, которая постоянно в нем протекает. Горение Солнца происходит благодаря преобразованию водорода в гелий, это и есть та извечная термоядерная реакция, постоянно питающая наше светило.

Солнечные пятна

Да, и на Солнце есть пятна. Солнечные пятна представляют собой более темные области на солнечной поверхности, а более темные они потому, что температура их ниже, чем температура окружающей фотосферы Солнца. Сами солнечные пятна образуются под воздействием магнитных линий и их перенастройки.

Солнечный ветер

Солнечный ветер – это непрерывный поток плазмы, идущий от солнечной атмосферы и заполняющий собой всю солнечную систему. Солнечный ветер образуется по причине того, что из-за высокой температуры в солнечной короне, давление вышележащих слоев не может уравновеситься с давлением в самой короне. Поэтому и происходит периодический выброс солнечной плазмы в окружающее пространство. О явлении солнечного ветра на нашем сайте есть целая отдельная статья.

Солнечное затмение

Солнечное затмение – это редкое астрономическое явление, при котором Луна собой Солнце, полностью или частично.

Схематично солнечное затмение выглядит так.

Эволюция Солнца и его будущее

Ученые считают, что возраст нашего светила составляет 4,57 миллиарда лет. В то далекое время оно образовалось из части молекулярного облака, представленного гелием и водородом.

Как родилось Солнце? Согласно одной из гипотез гелиево-водородное молекулярное облако из-за углового момента запустило вращение и одновременно начало интенсивно нагреваться по мере роста внутреннего давления. При этом большая часть массы сконцентрировалась в центре, и превратилась собственно в Солнце. Сильная гравитация и давление привели к росту тепла и ядерному синтезу, благодаря которому работает, как Солнце, так и другие звезды.

Так выглядит эволюция звезды, в том числе и Солнца. Согласно этой схеме в данный момент наше Солнце находится в фазе маленькой звезды, и текущий солнечный возраст составляет середину этой фазе. Примерно через 4 миллиарда лет Солнце превратится в красного гиганта, еще больше расширится и уничтожит Меркурий, Венеру, и возможно нашу Землю. Если же Земля как планета все-таки и уцелеет, то жизнь на ней к тому времени все равно уже будет невозможна. Так как уже через 2 миллиарда лет свечение Солнца увеличится настолько, что все земные океаны попросту выкипят, Земля будет испепелена и превратится в сплошную пустыню, температура на земной поверхности будет составлять 70 С и если будет возможна жизнь, то только глубоко под землей. Поэтому имеем еще примерно миллиард с хвостиком лет, чтобы найти новое убежище для человечества в очень отдаленном будущем.

Но вернемся к Солнцу, превратившись в красного гиганта, оно пробудет в таком состоянии примерно 120 миллионов лет, затем начнется процесс уменьшения его размера и температуры. И когда остатки гелия в его ядре будут сожжены в постоянной топке термоядерных реакций, Солнце потеряет свою стабильность и взорвется, превратившись в планетарную туманность. Земля на этой стадии, как впрочем, и соседний Марс, с большой вероятностью будут уничтожены солнечным взрывом.

Еще через 500 миллионов лет из солнечной туманности образуется белый карлик, который просуществует еще триллионы лет.

Интересные факты о Солнце

• Внутри Солнца можно поместить миллион Земель или планет, размером с нашу.
• По форме Солнце образует практически идеальную сферу.
• 8 минут и 20 секунд — именно за такое время солнечный луч добирается к нам из своего источника, при том, что Земля отдалена от Солнца на 150 млн. км.
• Само слово «Солнце» происходит от древнеанглийского слова, означающее «юг» — «South».
• И у нас для вас плохие новости, в будущем Солнце испепелит Землю, а потом и вовсе уничтожит. Произойдет это однако не раньше чем через 2 миллиарда лет.

Солнце, видео

И в завершение интересный научный документальный фильм от канала Discovery – «Что скрывает Солнце».

Солнце — самая близкая к нам звезда нашей галактики

Солнце — ближайшая к Земле звезда

Солнце является единственной звездой в Солнечной системе, вокруг нее совершают свое движение все планеты системы, а также их спутники и другие объекты, вплоть до космической пыли. Если сравнить массу Солнца с массой всей Солнечной системы, то она составит порядка 99,866 процентов.

Солнце является одной из 100 000 000 000 звезд нашей Галактики и по величине стоит среди них на четвертом месте. Ближайшая к Солнцу звезда Проксима Центавра располагается на расстоянии четырех световых лет от Земли. От Солнца до планеты Земля 149,6 млн км, свет от звезды доходит за восемь минут. От центра Млечного пути звезда находится на расстоянии 26 тысяч световых лет, при этом она производит вращение вокруг него со скоростью 1 оборот в 200 миллионов лет.

Презентация: Солнце

По спектральной классификации звезда относится к типу «желтый карлик», по приблизительным расчетам ее возраст составляет чуть более 4,5 миллиардов лет, она находится в середине своего жизненного цикла.

Строение Солнца

Солнце, состоящее на 92% из водорода и на 7% из гелия, имеет очень сложное строение. В его центре находится ядро с радиусом примерно 150 000-175 000 км, что составляет до 25% от общего радиуса звезды, в его центре температура приближается к 14 000 000 К.

Ядро с большой скоростью производит вращение вокруг оси, причем эта скорость существенно превышает показатели внешних оболочек звезды. Здесь происходит реакция образования гелия из четырех протонов, вследствие чего получается большой объем энергии, проходящий через все слои и излучающийся с фотосферы в виде кинетической энергии и света. Над ядром находится зона лучистого переноса, где температуры находятся в диапазоне 2-7 миллионов К. Затем следует конвективная зона толщиной примерно 200 000 км, где наблюдается уже не переизлучение для переноса энергии, а перемешивание плазмы. На поверхности слоя температура составляет примерно 5800 К.

Атмосфера Солнца состоит из фотосферы, образующей видимую поверхность звезды, хромосферы толщиной порядка 2000 км и короны, последней внешней солнечной оболочки, температура которой находится в диапазоне 1 000 000-20 000 000 К. Из внешней части короны происходит выход ионизированных частиц, называемых солнечным ветром.

Эволюция Солнца

Когда Солнце достигнет возраста примерно в 7,5 — 8 миллиардов лет (то есть через 4-5 млрд лет) звезда превратится в «красного гиганта», ее внешние оболочки расширятся и достигнут орбиты Земли, возможно, отодвинув планету на более дальнее расстояние.

Под воздействием высоких температур жизнь в сегодняшнем понимании станет просто невозможна. Заключительный цикл своей жизни Солнце проведет в состоянии «белого карлика».

Солнце — источник жизни на Земле

Солнце самый главный источник тепла и энергии, благодаря которому при содействии других благоприятных факторов на Земле есть жизнь. Наша планета Земля вращается вокруг своей оси, поэтому каждые сутки, находясь на солнечной стороне планеты мы можем наблюдать рассвет и удивительное по красоте явление закат, а ночью, когда часть планеты попадает в теневую сторону, можно наблюдать за звездами на ночном небе.

Солнце оказывает огромное влияние на жизнедеятельность Земли, оно участвует в фотосинтезе, помогает в образовании витамина D в организме человека. Солнечный ветер вызывает геомагнитные бури и именно его проникновение в слои земной атмосферы вызывает такое красивейшее природное явление, как северное сияние, называемое еще полярным. Солнечная активность меняется в сторону уменьшения или усиления примерно раз в 11 лет.

Исследование Солнца

С начала космической эры исследователей интересовало Солнце. Для профессионального наблюдения используются специальные телескопы с двумя зеркалами, разработаны международные программы, но самые точные данные можно получить вне слоев атмосферы Земли, поэтому чаще всего исследования проводятся со спутников, космических кораблей. Первые такие исследования были проведены еще в 1957 году в нескольких спектральных диапазонах.

Сегодня на орбиты выводятся спутники, представляющие собой обсерватории в миниатюре, позволяющие получить очень интересные материалы для изучения звезды. Еще в годы первого освоения космоса человеком были разработаны и запущены несколько космических аппаратов, направленных на изучение Солнца. Первыми из них была серия американских спутников, запуск которых стартовал в 1962 году. В 1976 году запущен западногерманский аппарат Гелиос-2, который впервые в истории приблизился к светилу на минимальное расстояние в 0,29 а.е. При этом были зафиксированы появление ядер легкого гелия при вспышках солнца, а также магнитные ударные волны, охватывающие диапазон 100 Гц-2,2 кГц.

Еще один интересный аппарат – солнечный зонд Ulysses, запущенный в 1990 году. Он выведен на околосолнечную орбиту и движется перпендикулярно полосе эклиптики. Через 8 лет после запуска аппарат завершил первый виток вокруг Солнца. Он зарегистрировал спиральную форму магнитного поля светила, а также постоянное его увеличение.

На 2018 год НАСА планирует запуск аппарата Solar Probe+, который приблизится к Солнцу на максимально приближенное расстояние – 6 млн. км (это в 7 раз меньше дистанции, достигнутой Гелиусом-2) и займет круговую орбиту. Для защиты от высочайшей температуры он оснащен щитом из углеродистого волокна.

Масса Солнца составляет 99,9% массы всей Солнечной системы. Основными элементами, из которого она состоит, являются водород (73%) и гелий (25%). Из других элементов можно назвать железо, никель, азот, кислород, сера, кремний, углерод, магний, кальций, хром, неон. Плотность звезды невелика – 1,4 г/см 3 , а тип её – жёлтый карлик. Если сравнивать Солнце с Землёй, то соотношение диаметра будет 109:1, массы 333 000:1, а объёма 1 300 000:1. Возраст нашего светила — 4,57 миллиард лет.

Положение Солнца в нашей галактике (Млечный Путь) достаточно окраинное. Звезда расположилась посередине спиральных ветвей Персея и Стрельца. В районе нашего проживания обстановка спокойна в течение сотен миллионов лет. Центр галактики расположен примерно в 26000 световых лет, и наше светило облетает вокруг него со скоростью 220 – 240 км/сек за 225 – 250 млн. лет. Расположение Солнечной системы именно в этом месте способствовали возникновению жизни на Земле. Если бы мы находились ближе к центру галактики, спокойствие нарушали бы близкие звёзды-соседки.

Поверхность

Видимая поверхность Солнца называется фотосферой. Ее толщина около 300 км. При сильном увеличении можно увидеть, что фотосфера имеет гранулированную структуру. Вещество на Солнце (газ) постоянно перемещается, и в областях, занимаемыми гранулами, оно поднимается к поверхности, а в промежутках между ними — опускается. Над фотосферой во время солнечных затмений можно увидеть солнечную атмосферу, состоящую из хромосферы (небольшого слоя красноватого цвета, прилегающего к видимой поверхности) и солнечной короны — разряженной и горячей внешней оболочки. Температура тут достигает до 1 500 000 градусов.

Солнечные пятна

Это тёмные области на Солнце, температура которых ниже, чем температура окружающего вещества фотосферы. Поэтому эти участки выглядят темнее, а самые большие пятна можно увидеть невооружённым глазом. На данный момент с видимой земле стороны пятна выглядят так:

Внутри Солнца

Дальше вглубь распространяется конвекционная зона — зона, в которой энергия за счет конвекции переносится от центра к более высоким слоям, будто бы перемешиваясь. От центра Солнца к конвекционной зоне энергия переносится излучением. Однако каждый фотон затрачивает миллионы лет для того, чтобы пройти эту зону: свет многократно поглощается веществом и излучается вновь. В центре располагается плотное и горячее ядро, в котором и происходят ядерные реакции. Около ядра температура достигает до 15 000 000 градусов! Про внутреннее строение солнца много интересного можно узнать в этой статье.

Солнечный ветер

Солнечный ветер — непрерывный поток плазмы солнечного происхождения, распространяющийся от атмосферы Солнца и заполняющий собой Солнечную систему. Из-за высокой температуры солнечной короны, давление вышележащих слоев не может уравновесить давление вещества короны. Это вещество и выбрасывается в пространство в виде солнечного ветра, распространяясь на расстояние до 100 а.е а.е. — астрономическая единица1 астрономическая единица = 149 597 871 километра. Это среднее расстояние от Земли до Солнца .

На рисунке пустое поле в центре закрывает пространство в 32 раза больше Солнца. Диаметр изображения — половина диаметра орбиты Меркурия. Точки за Солнцем — звёзды.

Почему светит Солнце

Свечение Солнца – результат выделения огромной энергии, выделяемой в результате протекания термоядерной реакции в её ядре. Вещества тратится мало, энергии выделяется много (в миллионы раз больше, чем при обычном горении).

Раньше считалось, что Солнце светит из-за горения элементов, входящих в его состав. Но по приблизительным подсчетам, даже грубым, оно не может «выгорать» миллиарды лет, Солнце должно было потухнуть совсем давно, растеряв массу, тем самым нарушив гравитационное равновесие в системе планет. Но Солнце светит уже миллиарды лет и не собирается гаснуть в ближайшее время.

Солнечное затмение

Солнечное затмение — астрономическое явление, при котором Луна закрывает полностью или частично Солнце от человека на Земле. Во время затмения можно наблюдать солнечную корону.

Как возникло Солнце

В составе Солнца присутствует достаточно много золота и урана. Эти элементы появлялись в в ядрах ранних звёзд, а распространение их происходило из-за взрывов сверхновых. По основной теории Солнце и солнечная система сформировались из газопылевого облака, которое как раз и являлось остатком взрыва сверхновой звезды.

Известны несколько двойников нашей звезды. Они аналогичны по массе, светимости, возрасту, и температуре. Это 18 Скорпиона, 37 Близнецов, Бета Гончих Псов, HD 44594 и HIP56948.

Солнечный луч

Что, если собрать все видимое излучение Солнца в луч типа лазерного диаметром в метр и направить его на Землю?

Вот что описал Макс:

Оказавшись на пути луча, вы, разумеется, быстро умрете. И даже не «от чего-то», как обычно бывает, — вы просто превратитесь из биологического явления в физическое.

Когда луч света достигнет атмосферы, он за доли секунды нагреет воздух в точке попадания до миллионов градусов [ 1 ] . ↲ По Фаренгейту, Цельсию, Ранкину или Кельвину — совершенно не важно. ↳ Этот воздух превратится в плазму и станет рассеивать тепло во всех направлениях в виде рентгеновских лучей. Они будут нагревать окружающий воздух, превращая и его в плазму, которая будет излучать инфракрасный свет. Это как взрыв водородной бомбы, но куда интенсивнее.

Это излучение испарит все вокруг, превратит ближайшую область атмосферы в плазму и примется пожирать поверхность Земли.

Что, если вы окажетесь на другой стороне планеты? Вам все равно не выжить — при таком раскладе Земля обречена. Но от чего именно вы умрете?

Размера Земли хватит, чтобы защитить людей на обратной стороне от луча Макса, хоть и ненадолго. Сейсмические волны от разрушений тоже не сразу пройдут планету насквозь. Но вас все равно убьют не они. Земля — не идеальный щит.

Вас погубят сумерки.

Ночью темно [источник?] , потому что Солнце светит на другую сторону планеты [источник?] . Но темнота ночного неба не всегда абсолютна. Перед рассветом и после заката видно свечение, потому что атмосфера искривляет свет скрывшегося Солнца.

Если наш луч поразит Землю, в атмосферу вырвется спектр излучений от рентгеновского до теплового, так что стоит разобраться в том, как разные виды света взаимодействуют с воздухом.

Говоря об обычном свете, вы, возможно, слышали о рэлеевском рассеянии как ответе на вопрос «почему небо голубое?». Объяснение в целом верное, но ответ «потому что воздух голубой», пожалуй, даже лучше. Конечно, он голубой по множеству физических причин, но все обладает цветом по множеству физических причин [ 2 ] . ↲ На вопрос «почему Статуя Свободы зеленая?» мы ответим что-то вроде «статуя покрыта медью и когда-то была медного цвета, но со временем из-за окисления образовался слой карбоната меди, а он зеленый». Мы не станем говорить «статую делает зеленой рассеивание и поглощение света определенных частот молекулами поверхности».

Когда воздух нагревается, электроны теряют связь с ядрами атомов — получается плазма. Сквозь нее проходит поток радиации от луча, так что надо узнать, насколько эта плазма прозрачна для различных видов излучений. Здесь я хочу вспомнить статью Харриса Л. Мейера от 1964 года Расчеты прозрачности. Прошлое и будущее, ее вводный абзац — лучший среди всех работ по физике, что я видел:

Предпосылки к этой работе появились несколько миллиардов лет назад. Как только звезды начали формироваться, прозрачность стала одним из базовых параметров, определяющих структуру физического мира, в котором мы живем. А в последнее время, с развитием ядерного оружия, работающего при внутризвездных температурах, прозрачность становится также одним из базовых параметров, определяющих процессы, от которых мы все можем умереть.

Плазма лучше воздуха пропускает рентгеновские лучи. Они пройдут ее насквозь и нагреют благодаря эффекту Комптона и рождению пар. Но лучи быстро остановятся, как только соприкоснутся с неплазменным воздухом снаружи. Вот только плазменная сфера будет постоянно расширяться благодаря рентгеновским лучам от сверхнагретого воздуха вокруг луча. Новая плазма по краям добавит инфракрасного излучения в раскаляющий все на своем пути поток.

Кольцо тепла и света разнесется по планете, нагревая воздух и землю. С разогревом воздуха плазма и излучение будут все дальше распространяться за горизонт. Кроме того, часть атмосферы будет выбита лучом в космос и оттуда станет отражать свет обратно на планету.

Точная скорость, с которой радиация обогнет Землю, зависит от различных характеристик атмосферного рассеяния, но она неважна, если все это время Луна будет в четверти.

Когда устройство Макса включится, Луны не станет видно — освещающий ее солнечный свет будет собран в луче. После того как он коснется атмосферы, выглянет четверть Луны.

Когда луч из устройства Макса коснется атмосферы Земли, свет от точки контакта осветит Луну. В зависимости от позиции спутника и вашего расположения на поверхности планеты, один только отраженный лунный свет может запросто испепелить вас…

…а сумерки, окутав планету, принесут с собой последний закат [ 3 ] . ↲ Этой картинкой удобно досаждать определенным группам людей: [S]умерки. [Ra]ссвет

От полного уничтожения Землю могла бы спасти одна тонкость. Способен ли механизм Макса держать на мушке движущуюся цель? Если нет, планета уберется из-под удара всего за три минуты. Люди, правда, все равно изжарятся, атмосферы и поверхности станет заметно меньше, но основная масса Земли обугленной глыбой продолжит свой путь по орбите.

Нашему солнечному лучу смерти откроется дальний космос. Если годы спустя он достигнет другой планетной системы, то будет уже слишком рассеянным и не сможет ничего испепелить, но его яркости наверняка хватит, чтобы разогреть поверхности местных планет.

Может, сценарий Макса и обрек Землю на уничтожение, но — если это кого-то утешит — мы не обязательно умрем в одиночестве.

© What If? по-русски, 2018
Нас можно найти во ВКонтакте, в Twitterʼе, на GitHubʼе.
А еще мы переводим комиксы на сайте xkcd.ru!

В материалах сайта используются оригинальные тексты и изображения с сайта what-if.xkcd.com.
Материалы сайта источника и этого сайта распространяются по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial 2.5 License. Также авторы этого сайта полностью солидарны с комментариями к лицензии.

Нашли опечатку? Чтобы сообщить нам, выделите текст ошибки и нажмите Ctrl+Enter (со смартфона — кнопку «Ошибка?»).

Солнечная система > Солнце

Солнце – единственная звезда Солнечной системы: описание и характеристика с фото, интересные факты, состав и структура, расположение в галактике, развитие.

Солнце выступает центром и источником жизни для нашей Солнечной системы. Звезда относится к классу желтых карликов и занимает 99.86% всей массы нашей системы, а гравитация по силе преобладает над всеми небесными телами. В древности люди сразу поняли, какое значение имеет Солнце для земной жизни, поэтому упоминание о яркой звезде встречается в самых первых текстах и наскальных рисунках. Это было центральное божество, правящее над всеми.

Интересные факты о Солнце

Давайте изучим самые интересные факты о Солнца — единственной звезде Солнечной системы.

Внутри поместится миллион Земель

• Если мы заполняем нашу звезду Солнце, то внутри поместится 960000 Земель. Но если их сжать и лишить свободного пространства, то количество увеличится до 1300000. Поверхностная площадь Солнца в 11990 раз больше земной.

Вмещает 99.86% массы системы

• По массе превосходит земную в 330000 раз. Примерно ¾ отведено на водород, а остальное – гелий.

Почти идеальная сфера

• Разница между экваториальным и полярным диаметрами Солнца составляет всего 10 км. А значит, перед нами одно из наиболее приближенных к сфере небесных тел.

Температура в центре поднимается к 15 млн. °C

• В ядре тепло создается из-за процесса синтеза, где водород трансформируется в гелий. Обычно горячие объекты поддаются расширению, поэтому наша звезда могла бы взорваться, но удерживается мощной гравитацией. Температура на поверхности возрастает к 5600 °C.

Однажды Солнце поглотит Землю

• Когда Солнце израсходует весь водородный запас (130 млн. лет), то перейдет к гелию. Это заставит ее увеличиваться в размерах и поглощать первые три планеты. Это этап красного гиганта.

Однажды достигнет земного размера

• После красного гиганта оно рухнет и оставит сжатую массу в шарике земного размера. Это стадия белого карлика.

Солнечный луч добирается к нам за 8 минут

• Земля отдалена от Солнца на 150 млн. км. Скорость света – 300000 км/с, поэтому лучу на поездку к нам требуется 8 минут и 20 секунд. Но важно также понимать, что ушли миллионы лет, прежде чем энергия перешла с солнечного ядра на поверхность.

Скорость движения Солнца – 220 км/с

• Солнце отдалено от галактического центра на 24000-26000 световых лет. Поэтому на орбитальный путь тратит 225-250 млн. лет.

Дистанция Земля-Солнце меняется в течение года

• Земля движется по эллиптическому орбитальному пути, поэтому удаленность составляет 147-152 млн. км (астрономическая единица).

Это звезда со средним возрастом

• Возраст Солнца – 4.5 млрд. лет, а значит оно уже сожгло примерно половину водородного запаса. Но процесс будет продолжаться еще 5 млрд. лет.

Наблюдается мощное магнитное поле

• Солнечные вспышки выделяются в период магнитных бурь. Мы видим это в качестве формирования солнечных пятен, где скручиваются магнитные линии и вращаются словно земные торнадо.

Звезда формирует солнечный ветер

• Солнечный ветер представляет собою поток заряженных частичек, проходящих сквозь всю Солнечную систему на ускорении в 450 км/с. Ветер появляется там, где распространяется магнитное поле Солнца.

Наименование Солнца

• Само слово произошло от древнеаглийского, обозначающего «юг». Есть также готические и германские корни. До 700 года н.э. воскресенье называли «солнечный день». Свою роль сыграл и перевод. Изначальное греческое «heméra helíou» перешло в латинское «dies solis».

Характеристики Солнца

Сравнительные размеры Солнца и планет Солнечной системы. Расстояние между объектами на соблюдено

Солнце — звезда главной последовательности G-типа с абсолютной величиной 4.83, что ярче примерно 85% других звезд в галактике, многие из которых выступают красными карликами. При диаметре 696342 км и массе – 1.988 х 10 30 кг Солнце в 109 раз крупнее Земли и в 333000 раз массивнее.

Это звезда, поэтому плотность меняется в зависимости от слоя. Средний показатель достигает 1.408 г/см 3 . Но ближе к ядру увеличивается до 162.2 г/см 3 , что в 12.4 раз превосходит земную.

В небе кажется желтым, но истинный цвет – белый. Видимость создается атмосферой. Температура возрастает с приближенностью к центру. Ядро нагревается до 15.7 млн. К, корона – 5 млн. К, а видимая поверхность – 5778 К.

Физические характеристики Солнца