Для чего нужно изучать солнце

Глава 1. СОЛНЦЕ — НАША ЗВЕЗДА

1. Зачем изучают Солнце?

Солнце — одна из самых заурядных звезд. Она не выделяется ничем особенным среди бесчисленного множества своих сестер во Вселенной. Желтая звезда небольшого размера с весьма медленным вращением и весьма скромной температурой поверхностных слоев — таково наше Солнце. Угнаться ли ему за голубыми звездами-гигантами, температура которых достигает 20 тысяч градусов? Сравниться ли ему со звездами, которые настолько быстро вращаются вокруг своей оси, что экваториальные точки их поверхности движутся с огромной скоростью 200 км/с и более? И, кроме всего прочего, Солнце — типичная спокойная звезда. Оно не испытывает значительных колебаний блеска и радиуса даже за большие промежутки времени, не говоря уже о коротких, которые столь характерны для переменных звезд.

Давно канули в вечность времена, когда человек испытывал перед Солнцем суеверный страх и поклонялся ему как высшему божеству, которое способно либо дарить ему блага, либо приносить горести и страдания. Почему же интерес к нему, сначала носивший чисто утилитарный характер, не только не ослабел, но в наши дни даже усилился? Не слишком ли много чести для такой обыкновенной, бесцветной (в житейском смысле слова) звезды?

Попробуем разобраться в этом вопросе, взглянув на Солнце глазами сначала астронома, затем физика и, наконец, просто обитателя Земли.

Для астронома Солнце — прежде всего ближайшая звезда. Только восемь с небольшим минут требуется, чтобы солнечные лучи достигли земной поверхности, тогда как от самой близкой к нам звезды Проксимы Центавра свет идет 4,3 года. Вследствие такой исключительной близости Солнца к Земле оно является единственной звездой, которую мы видим не как точку, а как диск и поэтому можем изучать наиболее детально. С Солнцем были связаны самые первые шаги астрономов, направленные на обеспечение первостепенных житейских потребностей. Как паше дневное светило, Солнце помогало им отсчитывать время и ориентироваться в пространстве. В дальнейшем роль его еще более повысилась, когда Николай Коперник доказал, что оно является центром нашей планетной системы. Появление астрофизических методов исследования небесных тел превратило Солнце в своеобразную модель типичных спокойных звезд. Оно впервые позволило нам узнать о таких свойствах звезд, о которых раньше и не подозревали, например, об их магнитном поле, звездном ветре и других загадочных явлениях. Его изучение способствовало лучшему пониманию нашего места во Вселенной,

Физик рассматривает Солнце как своеобразную физическую лабораторию, в которой происходят процессы несравненно большего масштаба, чем привычные, а иногда и вовсе неизвестные на Земле. Чтобы лучше представить себе роль Солнца в развитии физики, достаточно вспомнить, что магнитная гидродинамика, изучающая поведение плазмы в магнитном поле, была порождена результатами исследования солнечных магнитных полей. Еще раньше изучение движений на Солнце способствовало прогрессу гидродинамики. А ныне наше дневное светило торопит физиков скорее решить вопрос, существует ли масса покоя неуловимого солнечного нейтрино, чтобы раскрыть наконец загадки недр Солнца, а заодно и всей Вселенной.

Поскольку Солнце — наша звезда, она отнюдь не безразлична для любого обитателя Земли. Дело в том, что оно не только определяет физические условия на Земле и на других планетах, неся нам свет и тепло, не сколько в конечном итоге способствовало появлению всего живого на Земле, в том числе и человека, Солнце всегда вмешивалось и вмешивается в нашу жизнь. Сейчас мы еще не вполне представляем себе широту этого «вмешательства». Но зато известно, что если раньше изучением нашего дневного светила занимались лишь астрономы и в какой-то мере магнитологи и радиофизики, то теперь оно занимает ученых многих специальностей и круг их все еще продолжает расширяться.

Итак, надеюсь, читатель мог убедиться, что неослабевающий интерес к изучению Солнца вполне закономерен, так как через Солнце лежит наш путь к познанию не только бескрайних просторов Вселенной, но и всего того, что окружает нас на Земле.

Источник

Для чего нужно солнце

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.

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 до 15 млн. °C

В ядре Солнца такая температура возможна благодаря синтезу, где водород трансформируется в гелий. Обычно горячие объекты поддаются расширению, поэтому наша звезда могла бы взорваться, но удерживается мощной гравитацией. При этом температура поверхности Солнца равна “всего” 5780 °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 требуется 8 минут и 20 секунд. Но важно также понимать, что ушли миллионы лет, прежде чем фотоны света перешли 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.

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».

Как появилось и зачем нам нужно Солнце?

Астрономы уверены, что происхождение крупнейшего объекта во всей Солнечной системе связано со взрывами звёзд, после которых образуется много звёздной пыли и газа.

На протяжении миллионов лет такие пыльно-газовые облака собираются под действием силы тяжести и нарастают, словно ком, стягиваются в один центр. Так и в случае с Солнцем. Молодая звезда родилась от звёздных остатков, а произошло это 4,5 миллиарда лет назад.

Сегодня это одна из ста миллиардов звёзд, которые живут в нашей Галактике. А вот по своей величине она занимает четвёртое место. Солнце настолько огромно, что в нём может уместиться миллион таких планет, как наша Земля.

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 1030 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/см3. Но ближе к ядру увеличивается до 162.2 г/см3, 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

Экваториальный
Средний диаметр	1,392·10 9 м

6,9551·10 8 м Длина окружности экватора 4,370·10 9 м Полярное сжатие 9·10 −6 Площадь поверхности 6,078·10 18 м² Объём 1,41·10 27 м³ Масса 1,99·10 30 кг Средняя плотность 1409 кг/м³ Ускорение свободного

падения на экваторе

274,0 м/с² Вторая космическая скорость
(для поверхности) 617,7 км/с Эффективная температура

1 500 000 К Температура
ядра

13 500 000 К Светимость 3,85·10 26 Вт
(

3,75·10 28 Лм) Яркость 2,01·10 7 Вт/м²/ср

Солнце выполнено из плазмы, поэтому наделено высоким магнетизмом. Есть северный и южный магнитные полюса, а линии формируют активность, наблюдаемую на поверхностном слое. Темные пятна отмечают прохладные точки и поддаются цикличности.

Выброс корональной массы и вспышки происходят, когда линии магнитного поля перенастраиваются. Цикл занимает 11 лет, во время которого активность возрастает и утихает. Наибольшее количество солнечных пятен возникает в максимуме активности.

Кажущаяся величина достигает -26.74, что в 13 млрд. раз ярче Сириуса (-1.46). Земля отдалена от Солнца на 150 млн. км = 1 а.е. Для преодоления этой дистанции световому лучу нужно 8 минут и 19 секунд.

Из чего же, из чего же, из чего же сделано наше Солнце?

Наше солнышко – это огромного размера шар, состоящий из газов. Это совсем не твёрдое тело, как например, наша Земля или Луна. Оно газообразное. В нём примерно 75% водорода, 25% гелия, есть углерод, азот и кислород. Внутри звезды происходят самые разные процессы, благодаря которым постоянно выделяется энергия. Внутреннее содержимое Солнца состоит из нескольких слоёв.

Учёные подсчитали, что ядро составляет 25% от всего размера звезды. Именно здесь происходят термоядерные реакции, накаляющие центр до высочайших температур, которых достаточно, чтобы нагреть этой энергией все другие слои самого Солнца, а также всё, что его окружает.

Состав и структура Солнца

Звезда наполнена водородом (74.9%) и гелием (23.8%). Среди более тяжелых элементов присутствуют кислород (1%), углерод (0.3%), неон (0.2%) и железо (0.2%). Внутренняя часть делится на слои: ядро, радиационная и конвективная зоны, фотосфера и атмосфера. Наибольшей плотностью (150 г/см3) наделено ядро и занимает 20-25% всего объема.

На оборот оси звезда тратит месяц, но это приблизительная оценка, потому что перед нами плазменный шар. Анализ показывает, что ядро вращается быстрее внешних слоев. Пока экваториальная линия тратит 25.4 дней на оборот, то у полюсов уходит 36 дней.

В ядре небесного тела формируется солнечная энергия из-за ядерного синтеза, трансформирующего водород в гелий. В нем создается почти 99% тепловой энергии.

Внутренняя структура Солнца. Радиационная зона охватывает 0.25-0.7 солнечного радиуса. Температура падает с отдалением от ядра. Здесь она сокращается от 7 млн. К до 2 млн. С плотностью происходит то же самое – от 20 г/см3 до 0.2 г/см3.

Между радиационной и конвективной зонами расположен переходный слой – тахолин. В нем заметно резкая перемена равномерного вращения радиационной зоны и дифференциальное вращение конвекционной, что вызывает серьезный сдвиг. Конвективная зона находится на 200000 км ниже поверхности, где температура и плотность также ниже.

Видимая поверхность именуется фотосферой. Над этим шаром свет может свободно распространяться в пространство, высвобождая солнечную энергию. В толщину охватывает сотни километров.

Верхняя часть фотосферы уступает по нагреву нижней. Температура поднимается к 5700 К, а плотность – 0.2 г/см3.

Атмосфера Солнца представлена тремя слоями: хромосфера, переходная часть и корона. Первая простирается на 2000 км. Переходная занимает 200 км и прогревается до 20000-100000 К. Четких границ у слоя нет, но заметен нимб с постоянным хаотичным движением. Корона прогревается до 8-20 млн. К, на что влияет солнечное магнитное поле.

Солнечная гелиосфера с кораблями Вояджер-1 и 2

Гелиосфера – магнитная сфера, простирающаяся за черту гелиопаузы (на 50 а.е. от звезды). Ее также называют солнечным ветром.

Эволюция и будущее Солнца

Ученые убеждены, что Солнце появилось 4.57 млрд. лет назад из-за крушения части молекулярного облака, представленного водородом и гелием. При этом оно запустило вращение (из-за углового момента) и начало нагреваться с ростом давления.

Большая часть массы сконцентрировалась в центре, а остальное превратилось в диск, который позже сформирует известные нам планеты. Гравитация и давление привели к росту тепла и ядерному синтезу. Произошел взрыв и появилось Солнце. На рисунке можно проследить этапы эволюции звезд.

Сейчас звезда пребывает в фазе главной последовательности. Внутри ядра трансформируется больше 4 млн. тон вещества в энергию. Температура постоянно растет. Анализ показывает, что за последние 4.5 млрд. лет Солнце стало ярче на 30% с увеличением в 1% на каждые 100 млн. лет.

Полагают, что в итоге оно начнет расширяться и превратится в красного гиганта. Из-за увеличения размера погибнет Меркурий, Венера и, возможно, Земля. В фазе гиганта пробудет примерно 120 млн. лет.

Потом начнется процесс уменьшения размера и температуры. Оно продолжит сжигать остатки гелия в ядре, пока не закончатся запасы. Через 20 млн. лет оно потеряет стабильность. Земля уничтожится или же раскалится. Через 500000 лет останется лишь половина солнечной массы, а внешняя оболочка создаст туманность. В итоге, мы получим белый карлик, который проживет триллионы лет и лишь потом станет черным.

Расположение Солнца в галактике

Галактическое расположение Солнца

Солнце находится ближе к внутреннему краю рукава Ориона в Млечном Пути. Удаленность от галактического центра составляет 7.5-8.5 тысяч парсеков. Находится внутри локального пузыря – полость в межзвездной среде с раскаленным газом.

Солнечная система проживает в галактической жилой зоне. Эта территория наделена особыми характеристиками, способными поддерживать жизнь. Солнечное движение направлено к Веге на территории Лиры и под углом в 60 градусов от галактического центра. Среди ближайших 50 систем наше Солнце стоит на 40-м месте по массивности.

Полагают, что орбитальный путь эллиптический с присутствием возмущения от галактических спиральных рукавов. Тратит 225-250 млн. лет на один орбитальный пролет. Поэтому на сегодняшний момент выполнило лишь 20-25 орбит. Ниже можно рассмотреть карту поверхности Солнца. При желании воспользуйтесь нашими телескопами онлайн в режиме реального времени, чтобы полюбоваться звездой системы. Не забывайте отслеживать космическую погоду с указанием магнитных бурь и солнечных вспышек.

Карта поверхности Солнце

Нажмите на изображение, чтобы его увеличить

Источник