Солнце: его температура, масса, размер, строение, состав, атмосфера, жизненный цикл, солнечная активность

Солнце — ближайшая звезда к Земле. Это также источник жизни на планете. В начале развития цивилизаций у многих народов именно бог солнца был самым главным, и все остальные божества подчинялись только ему. Характерно, что мифы разных народов по-своему объясняли происхождение дневного светила и его роль. Сегодня, в 21 веке, астрономия может рассказать о Солнце гораздо больше, чем древние мифы. Поэтому в статье мы расскажем вам, что происходит внутри звезды и, самое главное: что с ней будет через миллионы лет.

Солнце: его температура, масса, размер, строение, состав, атмосфера, жизненный цикл, солнечная активность

Общая характеристика

Свойства солнца важны для понимания его места среди других подобных светил. Солнце — это огромный газовый шар, нагретый до невообразимо высоких температур. Диаметр Солнца 1 миллион 392 тысячи 700 км. Это значение в 109 раз больше, чем у Земли. Масса Солнца впечатляет и составляет около двух немиллионных килограммов (1,98⋅1030 кг). Это в 332 946 раз больше массы Земли. Интересно, что масса всех планет, спутников, астероидов, комет, межпланетного газа и пыли в Солнечной системе составляет всего 0,13%. Плотность Солнца немного выше плотности воды и равна 1,4 г/см3.

Мы видим солнце в виде желтого диска, но на самом деле оно так не выглядит. Звезда излучает белый свет. Однако у поверхности Земли Солнце выглядит как диск с желтым оттенком из-за рассеяния в атмосфере и поглощения части излучения.

В Млечном Пути сотни миллиардов таких звезд, как и Солнце. Ближайшая к нашей планете звезда — Проксима Центавра находится на расстоянии более четырех световых лет (или около 40 трлн км).

Солнце — желтый карлик G2V. Это означает, что во Вселенной есть гораздо более крупные звезды. Так в галактике есть объекты, радиус которых в 2 тысячи раз больше Солнца. Радиус Бетельгейзе, ближайшего к нам красного сверхгиганта, примерно в 1200 раз больше радиуса Солнца.

Если нарисовать схему Солнечной системы и поместить внутрь нее Бетельгейзе, она будет простираться до орбиты Юпитера.

Солнце: его температура, масса, размер, строение, состав, атмосфера, жизненный цикл, солнечная активность

Бетельгейзе в центре Солнечной системы

Расстояние от Солнца до Земли составляет в среднем 150 миллионов километров, что равно одной астрономической единице. Видимый угловой диаметр для наблюдателя с поверхности Земли составляет немногим более половины градуса. Звезда находится примерно в 26 тысячах световых лет от центра Млечного Пути. Скорость вращения Солнца вокруг центра галактики составляет 230 километров в секунду.

Источником тепла и света от Солнца являются термоядерные реакции. После слияния четырех протонов образуется один атом гелия и энергия. В недрах Солнца происходят и другие реакции, в результате которых, например, образуются атомы металлов.

Примерно до 150 астрономических единиц в космосе господствует так называемый солнечный ветер.

Солнце вращается вокруг своей оси. Ротация не та. В экваториальной области звезда совершает один оборот за 25 дней, а в полярной — за 34 дня.

Таблица основных физических характеристик Солнца

Важность Основные характеристики
Диаметр Солнца в километрах 1 миллион 392 тысячи
Долгота экватора 4,37 млн ​​км
Масса о. 2•1027 тонн
Плоская поверхность 6 триллионов квадратных километров
Солнечный объем 1,41•1018 км³
Температура поверхности 6000 °С
Температура в центре Солнца 15 700 000 °С
Экваториальный период вращения вокруг оси 25 дней
Период вращения вокруг оси у полюсов 34 дня
Наклон оси вращения к эклиптике 7,25°
Кратчайшее расстояние от Земли (перигелий) 147,098 млн км
Самый дальний от Земли (афелий) 152,098 млн км
Вторая космическая скорость 617 км/с
Ускорение свободного падения 274 м/с2
Лучистая сила 3,828*1026 Вт

Состав Солнца

Солнце состоит из водорода (на его долю приходится более 73% его массы) и гелия (около 25%). Другие вещества присутствуют в незначительных количествах (около 1,5%). Среди этих полутора процентов азот, кислород, железо, никель, магний и так далее. Химический состав Солнца постоянно меняется из-за постоянно происходящих ядерных реакций синтеза. Массовая доля водорода неуклонно уменьшается, превращаясь в гелий. Гелий «сгорает» и превращается в более тяжелые химические элементы.

Строение Солнца

Представление о том, что дневная звезда состоит только из одного нагретого вещества, неверно. Строение Солнца довольно сложное. Он имеет шесть слоев. Также 3 из них являются внутренними, а 3 образуют так называемую атмосферу. Давайте узнаем больше о том, из чего состоит солнце.

Внутренние слои Солнца

Внутреннее строение Солнца долгое время оставалось загадкой для астрономов. Только в 20-м веке он был разгадан. Внутри солнца находятся следующие слои.

Ядро

Это центр звезды. Здесь происходят реакции ядерного синтеза. Радиус ядра около 150 тыс км.

Температура внутри Солнца достигает невероятных 15 миллионов градусов по Кельвину. Давление здесь составляет около 300 миллиардов атмосфер (более 30 000 триллионов Па). Благодаря этому плотность солнечного ядра достигает 150 кг/см3 (что в 6,67 раза больше, чем у самого тяжелого металла на Земле — осмия).

Эти параметры идеально подходят для реакций ядерного синтеза. Именно здесь появляется энергия, необходимая для поддержания жизни всего живого на нашей планете. Все остальные части Солнца горячие из-за передачи энергии от ядра. Они не производят эту энергию сами.

Зона лучистого переноса

Ее еще называют зоной радиации. Он лежит прямо над ядром. Радиус внешней границы переноса излучения составляет 490 тыс км. Температура медленно падает до 2 миллионов градусов. Из-за понижения температуры снижается давление, в результате чего плотность солнечного вещества достигает 0,2 г/см3. Конвективное движение в этой зоне отсутствует.

Энергия в зоне переноса излучения распределяется постоянным поглощением, испусканием фотонов протонами. Частицы могут двигаться в любом направлении. Этот процесс довольно медленный: фотону требуется около 170 000 лет, чтобы вырваться из ядра. Другими словами, мы сейчас видим свет, образовавшийся на Солнце, когда Земля находилась в ледниковом периоде.

Зона конвективного переноса

Мощность конвективной зоны составляет около 200 тысяч километров. Плотность материи здесь уже низкая, и она активно движется. То есть нагретое вещество интенсивно поднимается вверх, выделяет тепло, охлаждается и опускается. Скорость конвекции достигает 6 километров в час. Эти процессы способствуют формированию магнитного поля Солнца.

На поверхности Солнца температура достигает 6 тысяч градусов, но плотность примерно в 1000 раз ниже, чем у атмосферы Земли.

Поверхность Солнца неоднородна и имеет участки пониженной яркости. Их называют пятнами. Продолжительность существования пятен составляет несколько дней. Интересно, что на Солнце могут быть пятна, превышающие диаметр Земли. На поверхности Солнца также есть:

  • факелы — объекты с повышенной яркостью;
  • гранулы — области, покрывающие фотосферу и отделяемые от земли;
  • супергранулы — крупные объекты (около 35 тыс км), окружающие поверхность Солнца.

Данные современных исследований показывают, что значение конвективных переносов чрезвычайно велико. Именно в конвективной зоне происходят все виды движения солнечного вещества.

Солнце: его температура, масса, размер, строение, состав, атмосфера, жизненный цикл, солнечная активность

Структура солнца

Атмосфера

Говоря об атмосфере Солнца, обычно выделяют следующие 3 слоя: фотосферу, хромосферу и корону.

Фотосфера

Это самый нижний слой солнечной атмосферы. Это область, которую мы видим с Земли, потому что Солнце излучает свет и тепло, которое распространяется на все объекты Солнечной системы. Толщина этой части атмосферы достигает 400 км.

Из фотосферы, или внешней лучистой поверхности Солнца, большая часть излучения достигает Земли. Лучи из глубинных слоев не доходят до нас. Температура фотосферы снижается с 6000 градусов Кельвина до 4400. Эффективная температура рассчитывается по закону Стефана-Больцмана: мощность излучения абсолютно черного тела прямо пропорциональна температуре тела, возведенной в четвертую степень.

Фотосфера – это видимая поверхность нашей дневной звезды. По нему мы можем определить размер солнца и другие параметры.

Хромосфера

Этот слой расположен над фотосферой. Толщина солнечной хромосферы составляет около 2 тыс км. Наблюдать его с Земли довольно сложно из-за ничтожно малой яркости. Хромосфера доступна земному наблюдателю во время солнечного затмения. В этот момент он загорается красным.

Цвет хромосферы красный. Название «хромосфера», по-видимому, происходит от цвета. Красный оттенок объясняется тем, что в спектре доминирует эмиссионная линия водорода бальмеровской серии.

В толще этого слоя наблюдаются спикулы — столбы плазмы, выбрасываемые из нижних слоев. Длина такой колонны может достигать 20 тыс км. С увеличением высоты температура хромосферы увеличивается и на верхнем пределе достигает 20 тысяч градусов.

Корона

Это самый верхний слой солнечной атмосферы. Его границы не определены. Солнечная корона характеризуется наличием чрезвычайно редких веществ. Температура в этом регионе достигает нескольких миллионов градусов. В некоторых его частях температура может достигать 20 миллионов градусов.

Солнечная корона видна только во время полного затмения. Это объясняется тем, что плотность вещества чрезвычайно мала, а следовательно, и яркость слоя ничтожно мала. Форма кроны меняется в зависимости от фазы цикла. При максимальной активности приближается к кругу, а при минимальной растягивается. Солнечная корона испускает ультрафиолетовое и рентгеновское излучение.

Структура атмосферы Солнца полна многих загадок. В настоящее время неизвестно, почему температурные показатели солнечной короны достигают столь высоких значений. Иногда в короне можно обнаружить выступы. Высота такого «факела» может превышать полтора миллиона километров.

Солнце: его температура, масса, размер, строение, состав, атмосфера, жизненный цикл, солнечная активность

Огромный протуберанец в форме Эйфелевой башни был зафиксирован в 2015 году. Он был высотой в несколько диаметров Земли и длился около двух дней.
Источник: НАСА ГОДДАРД

Магнитное поле

Солнце имеет собственное магнитное поле. Есть глобальные и несколько локальных полей.

Глобальное магнитное поле Солнца имеет цикл около 11 лет. Это связано с изменением частоты появления пятен. Это явление называется циклом Швабе. Этот ученый еще в 19 веке заметил, что количество пятен на поверхности Солнца подвержено периодическим изменениям. Несколько позже стало очевидно, что такие изменения связаны с флуктуациями магнитного поля. Поэтому необходимы два 11-летних цикла, чтобы государство вернулось в прежнее состояние. Этот 22-летний цикл называется «циклом Хейла».

Кроме того, в разных частях Солнца наблюдаются локальные магнитные поля различной интенсивности. Их параметры могут быть разными. Редко когда время существования такого магнитного поля превышает 10 дней. Местные поля чаще всего встречаются вблизи солнечных пятен.

Солнце: его температура, масса, размер, строение, состав, атмосфера, жизненный цикл, солнечная активность

Горячая плазма показывает силовые линии магнитного поля, выходящие из активных областей Солнца.
Источник: НАСА ГОДДАРД

Жизненный цикл Солнца

Эволюция Солнца интересует не одно поколение астрономов. Ученые оценивают возраст Солнца в 4,5 миллиарда лет. Оно возникло из облака газа и пыли, которое сжалось под действием гравитационных сил. Все остальные объекты Солнечной системы, включая нашу планету, возникли из того же облака. Из-за сжатия плотность и температура начинают увеличиваться. При повышении температуры и давления до необходимых значений начинались термоядерные реакции. Так собственно и начался жизненный цикл Солнца.

Масса нашей дневной звезды постепенно уменьшается из-за реакций ядерного синтеза. Каждую секунду 4 миллиарда тонн солнечной энергии преобразуется в энергию. Однако запасов водорода для поддержания протон-протонной термоядерной реакции хватит на несколько миллиардов лет.

Температура звезды увеличивается на 10 процентов каждые 1,1 миллиарда лет. Это говорит о том, что в прошлом температура воздуха на планете была ниже, и на Венере вода, вероятно, могла существовать в жидкой фазе (сейчас на Венере температура такая, что на ней может плавиться свинец). Поскольку в будущем яркость Солнца будет увеличиваться, это приведет к повышению температуры земли. Из-за высокой температуры океаны испарятся, молекулы воды, увлекаемые движением, вырвутся в космос и разложатся на атомы кислорода и водорода, а сама земля превратится в безжизненное космическое тело.

Солнце: его температура, масса, размер, строение, состав, атмосфера, жизненный цикл, солнечная активность

Жизненный цикл солнца

Из-за уменьшения количества водорода на Солнце ядро ​​будет замедляться. Но сама звезда будет «распухать». Примерно через 6,5 миллиардов лет водород на Солнце сгорит. Однако на этом реакции ядерного синтеза не остановятся: начнет выгорать гелий, причем этот процесс будет происходить не в ядре, а в оболочке Солнца. В результате размер Солнца увеличится и оно достигнет орбиты Земли. На данном этапе это будет красный гигант.

Но рано или поздно гелий сгорит. Это произойдет примерно через 110 миллионов лет. В результате пульсаций внешние слои Солнца будут постепенно отделяться от ядра. Ядро Солнца станет белым карликом, а его диаметр будет примерно соответствовать нынешней Земле. И это несмотря на то, что масса ядра будет вдвое меньше, чем у нынешнего Солнца.

Белый карлик будет медленно остывать. Ядерные реакции в этом объекте не происходят. Примерно через 10 миллиардов лет от Солнца останется черный карлик.

Орбита и место расположения Солнца в галактике Млечный Путь

Солнце, как и вся Солнечная система, вращается вокруг центра Млечного Пути. В этом центре находится большая черная дыра. Солнечная система обращается вокруг этого центра примерно за 250 миллионов лет.

Солнце: его температура, масса, размер, строение, состав, атмосфера, жизненный цикл, солнечная активность

Расположение Солнечной системы в Млечном Пути

Солнце и Солнечная система, а также наша галактика находятся в Рукаве Ориона. Скорость вращения галактики равна скорости вращения спиральных рукавов. Благодаря этому Солнечная система не попадает под их влияние. Спиральные рукава испускают лучи, уничтожающие все живое на планете.

Солнечный ветер

Так называется поток ионизированных частиц, исходящий от Солнца. Скорость может достигать 1200 километров в секунду. Токи солнечного ветра пронизывают все пространство Солнца. Состав частиц солнечного ветра – протоны, электроны и альфа-частицы.

Есть медленный и быстрый солнечный ветер. Медленный ветер движется со скоростью около 400 км/ч и нагревается примерно до полутора миллионов градусов. Состав примерно соответствует солнечной короне. Быстрый ветер движется быстрее, имеет более низкую температуру и вдвое большую плотность.

Солнце: его температура, масса, размер, строение, состав, атмосфера, жизненный цикл, солнечная активность

Распространение солнечного ветра

Каждую секунду Солнце испускает около 1,3⋅1036 частиц, которые уносятся солнечным ветром. Следовательно, звезда теряет около 2⋅10−14 масс в течение года. На Земле регулярно происходят природные явления, связанные с распространением солнечного ветра и его возмущениями (например, магнитные бури и северное сияние).

Солнечные циклы и активность

Солнечная активность представляет собой совокупность явлений, связанных с образованием сильных магнитных полей. Их проявление видно в фотосфере в виде солнечных пятен. Магнитные поля провоцируют вспышки, потоки быстрых частиц, корональные выбросы, возмущения солнечного ветра, изменения электромагнитного излучения, потоки космических лучей. На Земле эти поля провоцируют магнитные бури и другие явления.

Показателем уровня активности солнца является количество волков. Он показывает количество пятен на той части звезды, которая видна с Земли. Он меняется с периодом около 11 лет. В течение последних 300 лет продолжительность цикла находилась в большем диапазоне. Им присваиваются порядковые номера. В декабре 2019 года начался 11-летний цикл, который предположительно продлится до 2030 года.

Ученые также определяют 22-летний цикл. По сути, это смена полярности магнитного поля. Вековой цикл длится около 70-100 лет. Наконец, радиоуглеродный анализ указывает на наличие 2300-летнего цикла.

Исследование Солнца

Солнце интересовало человечество с незапамятных времен. Его почитали как божество. Однако уже в древности появились первые научные взгляды на звезду. Уже тогда высказывались мнения, что Солнце является центром, вокруг которого вращаются планеты. Такая теория была возрождена Коперником только в 16 веке.

Солнечные пятна впервые наблюдались в Китае во времена династии Хань. В 12 веке появились первые рисунки солнечных пятен.

Инструментальные исследования Солнца начались в 1610 г с изобретением телескопа — гелиоскопа. Астроном Кассини вычислил приблизительное расстояние от Земли до Солнца.

В 19 веке состав Солнца был установлен с помощью спектроскопии. В 20 веке было установлено, что источником солнечной энергии является термоядерная реакция. Впоследствии было установлено, что такие реакции происходят у всех звезд. В 2020 году были сделаны самые точные дневные снимки нашей звезды.

Смотрите этот пост в Instagram

Опубликовано НАСА (@nasa)

На изображении виден силуэт Международной космической станции, проходящей на фоне Солнца со скоростью 8 км/сек.

Интересные факты о Солнце

Ниже представлены самые интересные факты о нашей дневной звезде.

  1. На Солнце нет твердой поверхности.
  2. Сила тяжести Солнца в 28 раз больше земной.
  3. Свет от солнца проходит около восьми минут.
  4. Магнитное поле звезды всего в два раза сильнее, чем у Земли.
  5. На Солнце воды гораздо больше, чем на Земле. Молекулы в основном находятся в солнечных пятнах.
  6. Солнечное излучение опасно для всего живого. Однако атмосфера Земли блокирует все виды лучей смерти.
  7. Примерно через 1100 миллионов лет солнечная энергия увеличится настолько, что уничтожит все живое на нашей планете.
  8. Если бы Солнце было сферой, понадобился бы миллион планет, таких как Земля, чтобы заполнить его.
  9. В Млечном Пути 85% звезд менее ярки, чем Солнце.
  10. Только 40% солнечной радиации достигает Земли. Остальное отражается в пространстве.

Как возникло Солнце и сколько ему лет

Основная теория происхождения Солнца гласит, что оно образовалось из облака газа и пыли. В свою очередь, он появился после взрыва сверхновой. Гравитация заставила остатки облака соединиться, а затем повернуться. Вращение придало облаку форму диска. Из материала, собранного в центре, сформировалась первая протозвезда. Это произошло примерно 4,5 миллиарда лет назад.

Почему светит Солнце

Эта проблема стала актуальной в середине 19 века, после разработки закона о сохранении энергии. Стало очевидно, что химической энергии совершенно недостаточно для такого большого ее количества. Так что если бы она состояла из угля, энергии хватило бы всего на 4 тысячи лет.

Открытие радиоактивности способствовало распространению идеи радиоактивного источника энергии. Только методы точного измерения масс позволили обнаружить, что солнечная энергия образуется за счет слияния четырех протонов с ядром атома гелия. Он на 4,6х10-26 граммов легче четырех протонов. По формуле E=mc2 эта масса преобразуется в энергию, равную 26,73 МэВ. Именно эта энергия заставляет солнце сиять.

Солнечное затмение

Солнечные затмения интересовали людей с древних времен. Средневековые хроники содержат больше всего сведений о затмениях.

Солнце: его температура, масса, размер, строение, состав, атмосфера, жизненный цикл, солнечная активность

Варианты солнечного затмения

Это природное явление происходит из-за того, что Луна загораживает солнце от земного наблюдателя. Такое закрытие может быть полным или частичным. Затмение может произойти только во время новолуния: тогда обращенная к Земле сторона Луны не освещена и ночной спутник не виден.

Затмение считается полным, если наблюдатель видит полностью затмеваемый солнечный диск хотя бы в одной точке Земли. В это время человек, наблюдающий за этим природным явлением, находится в тени луны. Если конус лунной тени не касается земной поверхности, затмение называется частным: наблюдатель увидит на небе только часть солнца.

Смотрите этот пост в Instagram

Опубликовано НАСА Исследование Солнечной системы (@nasasolarsystem)

На Земле также бывают кольцеобразные затмения. В это время спутник Земли проходит над солнечным диском, но его видимый диаметр меньше солнечного диска. Это явление возможно в результате эллиптичности лунной орбиты.

Каждый год на планете может быть от 2 до 5 солнечных затмений. Не более 2 из них могут быть полными или кольцеобразными. В любой точке Земли полное затмение бывает очень редко.

Солнце — центральная звезда Солнечной системы, источник жизни на Земле. Люди всегда осознавали огромное влияние солнца на них и на природу. В древности он был объектом поклонения. Сейчас человечество открывает все больше и больше тайн, которые скрывает солнце. Изучение эволюции звезды, солнечной активности позволит обеспечить человечество экологически чистой энергией, прогнозировать магнитные бури и управлять климатом.

Оцените статью
kuzyeti.ru
Добавить комментарий

Adblock
detector