Фотосфера Солнца. Грануляция.
Фотосферой называется основная часть солнечной атмосферы, в которой образуется видимое излучение, имеющее непрерывный характер. Таким образом, она излучает практически всю приходящую к нам солнечную энергию.
Фотосфера — это тонкий слой газа протяжённостью в несколько сотен километров, достаточно непрозрачный.
Фотосфера видна при непосредственном наблюдении Солнца в белом свете в виде кажущейся его “поверхности”.
Фотосфера сильно излучает, а следовательно и поглощает излучение во всей области видимого непрерывного спектра.
Для каждого слоя фотосферы, расположенного на определённой глубине, можно найти его температуру. Температура в фотосфере растёт с глубиной и в среднем равна 6000 К.
Протяжённость фотосферы равна нескольким сотням км.
Плотность вещества фотосферы — 10 -7 г/см 3 .
В 1 см 3 фотосферы содержится около 10 16 атомов водорода. Это соответствует давлению в 0,1 атм.
В этих условиях все химические элементы с небольшими потенциалами ионизации ионизуются. Водород же остаётся в нейтральном состоянии.
Фотосфера это единственная на Солнце область нейтрального водорода.
Визуальные и фотографические наблюдения фотосферы позволяют обнаружить её тонкую структуру, напоминающую тесно расположенные кучевые облака. Светлые округлые образования называются гранулами, а вся структура — грануляцией. Угловые размеры гранул составляют не более 1” дуги, что соответствует 700 км. Каждая отдельная гранула существует 5-10 минут, после чего она распадается и на её месте образуются новые гранулы. Гранулы окружены тёмными промежутками. В гранулах вещество поднимается, а вокруг них опускается. Скорость этих движений 1-2 км/с.
Грануляция — проявление конвективной зоны, расположенной под фотосферой. В конвективной зоне происходит перемешивание вещества в результате подъёма и опускания отдельных масс газа.
Причиной возникновения конвекции в наружных слоях Солнца являются два важных обстоятельства. С одной стороны, температура непосредственно под фотосферой очень быстро растёт вглубь и лучеиспускание не может обеспечить выхода излучения из более глубоких горячих слоёв. Поэтому энергия переносится самими движущимися неоднородностями. С другой стороны, эти неоднородности оказываются живучими, если газ в них не полностью, а лишь частично ионизован.
При переходе в нижние слои фотосферы газ нейтрализуется и не способен образовывать устойчивые неоднородности. поэтому в самих верхних частях конвективной зоны конвективные движения тормозятся и конвекция внезапно прекращается.
Колебания и возмущения в фотосфере порождают акустические волны.
Наружные слои конвективной зоны представляют своеобразный резонатор в котором возбуждаются 5-минутные колебания в виде стоячих волн.
17.5 Внешние слои солнечной атмосферы: хромосфера и корона. Причины и механизм нагрева хромосферы и короны.
Плотность вещества в фотосфере быстро уменьшается с высотой и внешние слои оказываются сильно разреженными. В наружных слоях фотосферы температура достигает 4500 К, а потом снова начинает расти.
Происходит медленный рост температуры до нескольких десятков тысяч градусов, сопровождающийся ионизацией водорода и гелия. Эта часть атмосферы называется хромосферой.
В верхних слоях хромосферы плотность вещества достигает 10 -15 г/см 3 .
В 1 см 3 этих слоёв хромосферы содержится около 10 9 атомов, но температура возрастает до миллиона градусов. Здесь начинается самая внешняя часть атмосферы Солнца, которая называется солнечной короной.
Причиной разогрева самых внешних слоёв солнечной атмосферы является энергия акустических волн, возникающих в фотосфере. При распространении вверх, в слои с меньшей плотностью, эти волны увеличивают свою амплитуду до нескольких километров и превращаются в ударные волны. В результате возникновения ударных волн происходит диссипация волн, которая увеличивает хаотические скорости движения частиц и происходит рост температуры.
Интегральная яркость хромосферы в сотни раз меньше чем яркость фотосферы. Поэтому для наблюдения хромосферы необходимо применение специальных методов, позволяющих выделить слабое её излучение из мощного потока фотосферной радиации.
Наиболле удобными методами являются наблюдения в моменты затмений.
Протяжённость хромосферы составляет 12 — 15 000 км.
При изучении фотографий хромосферы видны неоднородности, наиболее мелкие называются спикулами. Спикулы имеют продолговатую форму, вытянуты в радиальном направлении. Длина их составляет несколько тысяч км., толщина около 1 000 км. Со скоростями в несколько десятков км/с спикулы поднимаются из хромосферы в корону и растворяются в ней. Через спикулы происходит обмен вещества хромосферы с вышележащей короной. Спикулы образуют более крупную структуру, называемую хромосферной сеткой, порождённую волновыми движениями, вызванными значительно большими и более глубокими элементами подфотосферной конвективной зоны, чем гранулы.
Корона имеет очень малую яркость, поэтому может наблюдаться лишь во время полной фазы солнечных затмений. Вне затмений она наблюдается с помощью коронографов. Корона не имеет резких очертаний и обладает неправильной формой, сильно меняющейся со временем.
Наиболее яркую часть короны, удалённую от лимба не более, чем на 0,2 — 0,3 радиуса Солнца принято называть внутренней короной, а остальную, весьма протяжённую часть — внешней короной.
Важной особенностью короны является её лучистая структура. Лучи бывают различной длины, вплоть до десятка и более солнечных радиусов.
Внутренняя корона богата структурными образованиями, напоминающими дуги, шлемы, отдельные облака.
Излучение короны является рассеянным светом фотосферы. Этот свет сильно поляризован. Такую поляризацию могут вызвать только свободные электроны.
В 1 см 3 вещества короны содержится около 10 8 свободных электронов. Появление такого количества свободных электронов должно быть вызвано ионизацией. Значит в короне в 1 см 3 содержится около 10 8 ионов. Общая концентрация вещества должна быть 2 . 10 8 .
Солнечная корона представляет собой разреженную плазму с температурой около миллиона кельвинов. Следствием высокой температуры является большая протяжённость короны. Протяжённость короны в сотни раз превышает толщину фотосферы и составляет сотни тысяч километров.
Источник
Гранулы Солнца
Самые большие образования в фотосфере главного небесного тела Солнечной системы называют гранулами Солнца, их средний размер составляет около 1000 км. Визуально они напоминают ячейки неправильной формы. Солнечных гранул насчитывают невероятное множество. Они словно сеткой покрывают всю поверхность звезды. Отсутствуют только в солнечных пятнах. Они представляют собой верхние участки мест конвекции на поверхности. Горячее вещество из глубины звезды поднимается наверх и образует центральную часть гранул. Потом поток растекается горизонтально, и, охлаждаясь, опускается вниз, образуя границы ячеек.
Гранулы Солнца похожи на ячейки
Каждая гранула Солнца существует недолго – около 20 минут. Затем исчезает. В результате сетка из ячеек постоянно изменяется.
Супергранулы Солнца
Природа происхождения супергранул похожа на конвекцию простых гранул. Отличие кроется в намного больших размерах (35 тысяч км). Обычные звездные гранулы хорошо различимы при визуальном наблюдении, большие же можно обнаружить только благодаря эффекту Доплера. Согласно ему движущееся от Солнца к нам излучение смещается в спектре в сторону синего цвета. Обратное излучение сдвигается соответственно в красную сторону.
Карта супергранул Солнца
Большие солнечные гранулы, как и обычные, постоянно покрывают всю фотосферу Солнца и все время меняют её облик. Некоторые ячейки доживают до нескольких дней и имеют скорость потока плазмы близкой к 500 м/с. Конвекция горячего вещества из глубины в границах супергранул передвигает магнитное поле к своим границам, где оно создаёт хромосферную сеть.
Источник
1. Что является причиной грануляции?
А. Газы, поднимающиеся из горячих внутренних областей Солнца.
Б. Очень сильные магнитные поля в районах солнечных пятен.
В. Потоки электрически заряженных частиц высокой энергии.
2. При каких процессах на Солнце возникают корпускулярные потоки и космические лучи?
А. При солнечном ветре.
Б. При конвекционном движении.
В. При хромосферных вспышках.
3. Какой слой Солнца является основным источником видимого излучения?
4. Хромосфера – это …
А. …это внешняя область Солнца, которую мы видим; это горячий, разреженный газовый слой, разогретый примерно 6000 К, из которого в космос излучается энергия.
Б. … это самая внутренняя часть солнечной атмосферы, простирается на несколько тысяч километров и становится видимым с Земли только во время полного солнечного затмения, когда светит красным светом благодаря наличию там водорода.
В. … это внешняя атмосфера Солнца, расположенная над хромосферой, она содержит разреженный горячий газ, который простирается на миллионы километров от Солнца и становится прекрасно видимой во время полного солнечного затмения.
5. Какими способами осуществляется перенос энергии из недр Солнца наружу?
В. Лучеиспусканием и конвекцией.
6.Что является наиболее вероятной причиной сильных выбросов материи, происходящих на Солнце?
А. Очень сильные магнитные поля в районах солнечных пятен.
Б. Массы яркого газа, как пламя, поднимающиеся над сотни тысяч километров над лимбом.
В. Огромные, короткоживущие, взрывные выбросы света и вещества.
7. При каких процессах на Солнце возникают корпускулярные потоки и космические лучи? Чем они отличаются друг от друга?
А. При конвекционном движении. Различаются энергией, температурой и давлением.
Б. При вспышках (взрывных, нестационарных процессах). Различаются температурами и давлением, которые приобрели частицы.
В. При вспышках (взрывных, нестационарных процессах). Различаются скоростями, которые приобрели частицы.
Источник
Проверочная работа по астрономии на тему «Строение атмосферы Солнца»
Учитель: Елакова Галина Владимировна.
Место работы: Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение «Средняя общеобразовательная школа №7» г Канаш Чувашской Республики
Проверочная работа по теме «Строение атмосферы Солнца».
Проверка и оценка знаний – обязательное условие результативности учебного процесса. Тестовый тематический контроль может проводиться письменно или по группам с разным уровнем подготовки. Подобная проверка достаточно объективна, экономна по времени, обеспечивает индивидуальный подход. Кроме того, учащиеся могут использовать тесты для подготовки к зачетам и ВПР. Использование предлагаемой работы не исключает применения и других форм и методов проверки знаний и умений учащихся, таких как устный опрос, подготовка рефератов, эссе, проектных работ, презентаций и т.д.
1. Что является причиной грануляции?
А. Газы, поднимающиеся из горячих внутренних областей Солнца.
Б. Очень сильные магнитные поля в районах солнечных пятен.
В. Потоки электрически заряженных частиц высокой энергии.
2. При каких процессах на Солнце возникают корпускулярные потоки и космические лучи?
А. При солнечном ветре.
Б. При конвекционном движении.
В. При хромосферных вспышках.
3. Какой слой Солнца является основным источником видимого излучения?
А. … это внешняя область Солнца, которую мы видим; это горячий, разреженный газовый слой, разогретый примерно 6000 К, из которого в космос излучается энергия.
Б. … это самая внутренняя часть солнечной атмосферы, простирается на несколько тысяч километров и становится видимым с Земли только во время полного солнечного затмения, когда светит красным светом благодаря наличию там водорода.
В. … это внешняя атмосфера Солнца, расположенная над хромосферой, она содержит разреженный горячий газ, который простирается на миллионы километров от Солнца и становится прекрасно видимой во время полного солнечного затмения.
5. Какими способами осуществляется перенос энергии из недр Солнца наружу?
В. Лучеиспусканием и конвекцией.
6. Что является наиболее вероятной причиной сильных выбросов материи, происходящих на Солнце?
А. Очень сильные магнитные поля в районах солнечных пятен.
Б. Массы яркого газа, как пламя, поднимающиеся над сотни тысяч километров над лимбом.
В. Огромные, короткоживущие, взрывные выбросы света и вещества.
7. При каких процессах на Солнце возникают корпускулярные потоки и космические лучи? Чем они отличаются друг от друга?
А. При конвекционном движении. Различаются энергией, температурой и давлением.
Б. При вспышках (взрывных, нестационарных процессах). Различаются температурами и давлением, которые приобрели частицы.
В. При вспышках (взрывных, нестационарных процессах). Различаются скоростями, которые приобрели частицы.
8. Какова температура звезды по сравнению с температурой Солнца (6000 К), если ее размеры такие же как у Солнца, а светимость больше солнечной в 16 раз?
9. Во сколько раз отличаются светимости двух звезд одинакового цвета, если радиус одной из них больше, чем другой, в 25 раз?
10. Каковы по сравнению с Землей размеры солнечного пятна, которые можно увидеть на поверхности Солнца невооруженным глазом, если разрешающая способность глаза 2′? (Радиус Солнца 7·10 5 км, радиус Земли 6400 км, угловой радиус Солнца 15′.)
А. Примерно в 5 раз больше Земли.
Б. Примерно в 10 раз больше Земли.
В. Примерно в 8 раз больше Земли.
1. Чем объясняется наблюдаемое на Солнце грануляция?
А. Сильным магнитным полем в окрестностях солнечных пятен.
В. Конвекционными движениями.
2. Чем объясняется понижение температуры в области солнечных пятен?
А. Сильным магнитным полем в районах солнечных пятен.
Б. Конвекционными движениями.
В. Подавлением конвекции магнитным полем.
3. Какие проявления солнечной активности наблюдаются в различных слоях атмосферы Солнца?
А. В фотосфере пятна, в короне факелы и протуберанцы, вспышки захватывают и хромосферу, и корону.
Б. В фотосфере факелы, в короне пятна и протуберанцы, вспышки захватывают и хромосферу, и корону.
В. В фотосфере пятна и факелы, в короне протуберанцы, вспышки захватывают и хромосферу, и корону.
А. … это внешняя область Солнца, которую мы видим; это горячий, разреженный газовый слой, разогретый примерно 6000 К, из которого в космос излучается энергия.
Б. … это самая внутренняя часть солнечной атмосферы, простирается на несколько тысяч километров и становится видимым с Земли только во время полного солнечного затмения, когда светит красным светом благодаря наличию там водорода.
В. … это внешняя атмосфера Солнца, расположенная над хромосферой, она содержит разреженный горячий газ, который простирается на миллионы километров от Солнца и становится прекрасно видимой во время полного солнечного затмения.
5. В каких точках горизонта восходит Солнце в дни весеннего равноденствия, летнего солнцестояния, осеннего равноденствия, зимнего солнцестояния?
А. а) в дни весеннего и осеннего равноденствий Солнце восходит в точке востока.
б) на широте Москвы (56 o ) в день летнего солнцестояния Солнце восходит на северо-востоке, а в день зимнего солнцестояния – на юго-востоке.
Б. а) в дни весеннего и осеннего равноденствий Солнце восходит в точке запада.
б) на широте Москвы (56 o ) в день летнего солнцестояния Солнце восходит на северо-востоке, а в день зимнего солнцестояния – на юго-востоке.
В. а) в дни весеннего и осеннего равноденствий Солнце восходит в точке востока.
б) на широте Москвы (56 o ) в день летнего солнцестояния Солнце восходит на северо- западе, а в день зимнего солнцестояния – на юго-западе.
6. Какие явления характерны для Земли и Солнца в период высокой солнечной активности?
А. а) для Солнца: большое количество солнечных пятен (в хромосфере), вспышек
(в фотосфере) и протуберанцев (в короне). Усиленный солнечный ветер.
б) для Земли: повышенное количество и интенсивность полярных сияний и возмущений геомагнитного поля («магнитных бурь»).
Б. а) для Солнца: большое количество солнечных пятен (в фотосфере), вспышек
(в хромосфере) и протуберанцев (в короне). Усиленный солнечный ветер.
б) для Земли: повышенное количество и интенсивность полярных сияний и возмущений геомагнитного поля («магнитных бурь»).
В. а) для Солнца: большое количество солнечных пятен (в фотосфере), вспышек
(в фотосфере) и протуберанцев (в хромосфере).
б) для Земли: повышенное количество и интенсивность полярных сияний и возмущений геомагнитного поля («магнитных бурь»).
7. Как вы думаете, будет ли Солнце в числе одного — двух десятков самых ярких звезд для наблюдателя, живущего в окрестностях 
Cen ( по своим физическим характеристикам очень похожая на Солнце) ?
А. Да, так к как по своим физическим характеристикам очень похожая на Солнце и ближайшая к Солнцу звезда, а все остальные яркие звезды находятся в несколько раз дальше и от Солнца, и от Cen.
Б. Нет, так как у звезд физические характеристики одинаковы.
8. Какова средняя плотность красного сверхгиганта, если его диаметр в 300 раз больше солнечного, а масса в 30 раз больше, чем масса Солнца?
А. Примерно 1,5 ·10 3 кг/м 3
Б. Примерно 1,5 ·10 -3 кг/м 3
В. Примерно 1,5 ·10 -5 кг/м 3
9. Во сколько раз красный гигант больше красного карлика, если их светимость отличается в 10 8 раз?
А. Красный гигант больше красного карлика в 10 6 раз.
Б. Красный гигант больше красного карлика в 10 5 раз.
В. Красный гигант больше красного карлика в 10 4 раз.
10. Звезда имеет одинаковую с Солнцем температуру, но ее диаметр в 2 раза меньше солнечного. На каком расстоянии от этой звезды должна находиться планета, чтобы получать от нее столько же энергии, сколько Земля получает от Солнца?
А. В 4 раза больше.
Б. В 16 раз меньше.
В. В 4 раза меньше.
Вариант I : 1- А; 2 – В; 3 – Б; 4 – Б; 5 — В; 6 — А ; 7 — В ; 8 – В; 9 – А; 10 — В.
Вариант II : 1 – В; 2 – В; 3 – В; 4 – А; 5 – А; 6 – Б; 7 – А; 8- Б; 9 – В; 10 — В.
Задание №8: Так как размеры звезды и Солнца одинаковы, различие светимостей вызвано только различием температур: L / L солнца = T 4 / T 4 солнца ; Т = 12000 К
Задание №9: Так как цвет звезд одинаков, то одинаковы их температуры. Поэтому
Задание №10: Линейные размеры пятна, имеющий угловой диаметр 2′, можно определить зная линейные размеры Солнца и его угловой радиус: d / R = ρ1/ ρ2 ;
Где d =7·10 5 км · 2’/ 15′ = 10 5 км, т.е. пятно примерно в 8 раз больше Земли.
Задание №7: Как известно, Cen — звезда, по своим физическим характеристикам очень похожая на Солнце. Поэтому можно с уверенностью утверждать, что для наблюдателя, живущего в окрестностях Cen, Солнце определенно будет в числе самых ярких звезд — ведь Cen входит в число таких звезд для земного наблюдателя. При этом следует также учесть, что Cen — ближайшая к Солнцу звезда, а все остальные яркие звезды находятся в несколько раз дальше и от Солнца, и от Cen.
p1 = 1400 кг/м 3 ·30/300 3 = 1,5 ·10 -3 кг/м 3
Задание №9: Так как звезды имеют одинаковый цвет , их температура тоже одинакова , а различие светимости вызвано различием площади светящейся поверхности. Следовательно, R 1 / R 2 = ( L 1 / L 2 ) 1/2 = 10 4 раз.
Задание №10: Светимость звезды в 4 раза меньше светимости Солнца. Следовательно, и расстояние от планеты до звезды должно быть в 4 раза меньше.
Источник