Характеристика солнца спектр светимость

Солнце, его общие характеристики и спектр

Солнце является центральным телом нашей Солнечной системы. Кроме этого, это ближайшая к нам звезда. Поэтому изучение Солнца — чрезвычайно важная задача, это позволяет нам судить о физических свойствах и строении других звезд.

Как и для всякой звезды, основными характеристиками Солнца являются радиус, масса и светимость.

Линейный радиус Солнцаможно определить, зная угловой радиус и расстояние до Солнца. Он равен R_¤= 696000 км =109 R_Å,где R_Å — радиус Земли.

Масса Солнца получается из третьего обобщенного закона Кеплера, примененного для Солнца и какого-либо из обращающихся вокруг него тел. Она равна M_¤» 2×10 30 кг = 333000 M_Å.

Зная массу и размеры Солнца, можно определить среднюю плотность его вещества _¤= =1,41 г/см 3 и ускорение свободного падения на «поверхности» Солнца g_¤= 274 м/c 2 .

Для многих задач астрофизики и геофизики важно знать точную величину светимости Солнца. Поток излучения от Солнца принято характеризовать так называемой солнечной постоянной, под которой понимают полное количество солнечной энергии, проходящей за единицу времени через единичную площадку, перпендикулярную к солнечным лучам и расположенную за пределами земной атмосферы. Согласно большому количеству измерений, значение солнечной постоянной F_¤

в настоящее время известно с погрешностью около ±0,3 %: F_¤= (1366±4) Вт/м 2 .

Умножая эту величину на площадь сферы с радиусом в 1 а.е., получим полное количество энергии, излучаемой Солнцем по всем направлениям в единицу времени, т.е. его светимость. Она равна L_¤= 3,85×10 26 Дж/с.

Светимость Солнца, также как его масса и радиус, приняты в качестве единиц измерения соответствующих величин в мире звезд.

Наблюдения отдельных деталей на солнечном диске, а также измерения смещений спектральных линий в различных его точках говорят о движении солнечного вещества вокруг одного из солнечных диаметров, называемого осью вращения Солнца.

Вращение Солнца обладает важной особенностью: его угловая скорость убывает по мере удаления от экватора и приближения к полюсам (рис. 5.2).

Рис. 5.2.Схема вращения Солнца. Слева — детали, расположенные вдоль центрального меридиана; справа — их положение после одного оборота Солнца вокруг своей оси.

Таким образом, различные зоны Солнца вращаются вокруг оси с различными периодами. Для точек экватора период обращения составляет 25 суток, а вблизи полюсов он достигает 30 суток. Вследствие движения Земли вокруг Солнца его вращение представляется земному наблюдателю несколько замедленным: период вращения на экваторе составляет 27 суток, а у полюсов — 32 суток.

Спектр Солнца — еще одна его важная характеристика.

В видимой области излучение Солнца имеет непрерывный спектр, на фоне которого заметно несколько десятков тысяч темных линий поглощения, называемых фраунгоферовыми по имени австрийского физика Фраунгофера, впервые описавшего эти линии в 1814 г. Наиболее интенсивны резонансные линии H и К ионизованного кальция. После них по интенсивности идут первые линии бальмеровской серии водорода Н_a , H_, Н_, затем резонансные линии натрия D₁ и D₂ , линии магния, железа, титана и других элементов.

Наибольшей интенсивности непрерывный спектр достигает в сине-зеленой части спектра, в области длин волн 4300-5000 Å. В обе стороны от максимума интенсивность солнечного излучения убывает.

Солнечный спектр далеко простирается в невидимые коротковолновую и длинноволновую области. Результаты внеатмосферных наблюдений спектра Солнца, полученные с ракет и искусственных спутников, показывают, что до длин волн около 2000 Å характер солнечного спектра такой же, как и в видимой области. Однако в более коротковолновой области он резко меняется: интенсивность непрерывного спектра быстро падает, а темные фраунгоферовы линии сменяются яркими эмиссионными.

Инфракрасная область солнечного спектра до 15 мкм частично поглощается при прохождении сквозь земную атмосферу. Здесь расположены полосы молекулярного поглощения, принадлежащие в основном водяным парам и углекислому газу. С Земли видны лишь некоторые участки солнечного спектра между этими полосами. Для длин волн, больших 15 мкм, поглощение становится полным, и спектр Солнца доступен наблюдениям только с больших высот или внеатмосферными методами. Поглощение спектра Солнца молекулами воздуха продолжает оставаться сильным вплоть до области радиоволн длиной около 1 см, для которых земная атмосфера снова становится прозрачной. Важной особенностью радиоизлучения Солнца является его переменность, увеличивающаяся с ростом длины волны. Этим радиодиапазон существенно отличается от видимой области спектра, интенсивность которой исключительно постоянна. Подобной же переменностью обладает и рентгеновское излучение Солнца.

Многочисленные линии в спектре Солнца принадлежат свыше 80 известным химическим элементам из таблицы Менделеева, изученным в лаборатории. Присутствие этих линий в спектре свидетельствует о наличии в солнечной атмосфере соответствующих элементов. Таким путем установлено присутствие на Солнце водорода, гелия, азота, углерода, кислорода, магния, натрия, кальция, железа и многих других элементов.

Преобладающим элементом на Солнце является водород. По числу атомов его примерно в 10 раз больше, чем всех остальных элементов, и на его долю приходится около 70% всей массы Солнца (водород — самый легкий элемент). Следующим по содержанию элементом является гелий — около 28% массы Солнца. На остальные элементы, вместе взятые, приходится не более 2%.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник

Основные характеристики Солнца: радиус, масса, светимость, спектр, химический состав. Излучение в различных областях спектра. Термоядерные реакции. Солнечные нейтрино.

Солнце представляется почти кругом с резкоочерченным краем, или лимбом. Т.к. у газового шара не можетбыть границы, то под краем Солнца понимаютфотометрический край, который определяется резким спадом враспределении яркости Солнца вблизи лимба для излучения сдлиной волны 500 нм. Видимый радиус Солнца несколько меняется в течение годавследствие изменения расстояния Земли от Солнца, вызванногоэллиптичностью земной орбиты.Когда Земля в перигелии видимый диаметрСолнца составляет 33’31», а в афелии —32’35″. На среднем расстоянии от Земли (1 а.е.) видимыйрадиус Солнца составляет 960″, что соответствуетлинейному радиусу:

Масса Солнца может быть найдена из третьего законаКеплера, применённого для Солнца и какого-либо из

обращающихся вокруг него тел: = 1,99· г ≈ 2· кг

• Средняя плотность вещества Солнца:

Солнечная постоянная -энергетическая освещённость от Солнца на расстоянии 1 а.е., определяетсякак полное количество лучистой солнечной энергии, проходящей заединицу времени через единицу площади, перпендикулярнойнаправлению на Солнце и расположенную за пределами земнойатмосферы на расстоянии 1 а.е. Значение солнечнойпостоянной:Q = 1 366 ± 4 Вт/м2. Произведение этой величины на площадь сферы радиусом 1 а.е. даётполное количество энергии, излучаемой Солнцем по всем направлениямв единицу времени, т.е. его болометрическую светимость:3,84·1026 Дж/с.

• Почти всё наблюдаемое солнечное излучение (заисключением потока нейтрино, возникающих в центреСолнца) приходит из внешних слоёв Солнца, которыеназываются солнечной атмосферой. В видимой области излучение Солнца имеетнепрерывный спектр, на который накладываетсянесколько десятков тысяч тёмных фраунгоферовых линий поглощения.Наибольшей интенсивности непрерывный спектрдостигает в областидлин волн 4 300 – 5 000 Å. В обе стороны отмаксимума интенсивность солнечного излученияубывает.

Солнечный спектр далеко простирается в коротковолновую (УФ и далее) идлинноволновую (ИК и далее) области.

Химический состав Солнца

Химический состав Солнца характеризуется наличием водорода, гелия, азота, углерода,кислорода, магния, натрия, кальция, железа и многих другихэлементов.Преобладающим элементом на Солнце являетсяводород. На его долю приходится около 70% всеймассы Солнца. Следующим по распространённости элементомявляется гелий —около 28% массы Солнца. Наостальные элементы, вместе взятые, приходится неболее 2%. Термоядерные реакции

При температурах и давлениях, характерных для центра Солнца, веществонаходится в состоянии высокой степени ионизации – «горячей» и плотной плазмы.Вследствие частых и сильных столкновений между частицами такой плазмы в нейвозрастает вероятность взаимодействия между элементарными частицами иатомными ядрами, и происходят ядерные реакции. Дляпреодоления кулоновского барьера частицы должны иметь очень большиеэнергии, т.е. температураплазмы должна быть очень высокой. Возникающие при этом ядерные реакцииназываются термоядерными. Взаимные столкновения протонов обладают наименьшим кулоновским барьером,поэтому в первую очередь в недрах звёзд возникают реакции синтеза лёгких ядер,а эволюция звёзд начинается с выгорания водорода и других наиболее лёгкиххимических элементов.

• Вероятность распада одного из протонов в момент ихтесного столкновения очень мала: в недрах Солнца каждый протон ежесекундноиспытывает миллионы столкновений, но только одно из заканчивается егораспадом и объединением с другим протоном. Но, благодаря огромномуобщему числу протонов, «выгорание» водорода оказывается эффективным втечение очень длительного времени.

Кроме энергии, уносимой в процессе термоядерных реакцийγ-квантами, важную роль играет образование нейтрино,поток которых пронизывает Землю.Нейтрино – это элементарная частица,заряд которой равен нулю, спин – полуцелый, масса очень мала, вследствие чего, она крайне слабовзаимодействует с веществом. Поэтому нейтрино свободно выходят изнедр Солнца и со скоростью, очень близкой к световой,распространяются в космическом пространстве, почти непоглощаясь веществом.

Внутреннее строение Солнца. Акустические колебания Солнца. Строение атмосферы. Грануляция. Спикулы. Отрицательные ионы водорода в фотосфере. Солнечный ветер.Зодиакальный свет и противосияние.

Солнце состоит из ядра, зоны лучистогоравновесия, конвективной зоны, фотосферы, хромосферы, короны, пятен, грануляций и протуберанцев.

Ядро— Центральная часть Солнца с радиусом около 150 000 км, в которой происходят термоядерныереакции, называется солнечным ядром. Плотность вещества в ядре составляет примерно 150 000 кг/м³, а температура в центреядра — более 14 млн. К.

Зона лучистого равновесия– зона, идущая следом за ядром. Слой толщиной от0,2 до 0,3 радиуса Солнца. Температура меньне 5 млн. К. Ядерные реакции здесь практически не происходят. Эти слоитолько передают наружу излучение, возникшее на большей глубине.

Конвективная зона – зона, находящаяся выше уровня лучистого равновесия.В переносеэнергии начинает принимать участие само вещество. Тонкий слой на расстоянии около 0,3 радиуса Солнца от его центра. Энергияв конвективной зоне переносится конвекцией. В конвективной зоне возникает вихревоеперемешивание плазмы.

Фотосфера — та часть солнечной атмосферы, в которой образуетсявидимое излучение, имеющее непрерывный спектр. В фотосфере излучаетсяпрактически вся приходящая к нам солнечная энергия. Фотосфера видна принепосредственном наблюдении Солнца в белом свете в виде кажущейся его«поверхности».Толщина фотосферы менее 200 км. Давление в фотосфере около0,1 атм., а температура фотосферы составляет 5 000 – 7 000 К.

Хромосфера – область Солнца, идущая следом за фотосферой. Имеет плотность около 3×10-8 г/см3, температуру ниже 4200 К. Это значениетемпературы оказывается минимальным для всей солнечной атмосферы.

Корона – внешний слой Солнца. Самая разряженная часть атмосферы Солнца.Плотность газа составляетвсего 10–15 г/см3.Имеет необычайно высокую температуру, до миллиона кельвинов. Корона не имеет резких очертаний и обладает неправильнойформой, сильно меняющейся со временем. Важной особенностью короныявляется её лучистая структура. Лучи бывают различной длины вплоть додесятка и более солнечных радиусов.

Солнечное пятно – явление на солные, появляющееся в виде крошечной поры, которое через день развивается в круглое тёмное пятно с резкой границей, диаметро которого может достигать размеров нескольких десятков тясяч километров. В центре солнечного пятна происходит плавное увеличение напряженности магнитного поля, где оно может достигать тысяч Эрстед.

Протуберанец – активное образование, наблюбаемое в короне Солнца. Их длина может достигать сотен тысяч км, ширина – 6000-10000 км.

Грануляция — наблюдаемое в фотосфере проявление конвективной зоны,расположенной под фотосферой. В конвективной зоне происходитактивное перемешивание вещества в результате подъема и опусканияотдельных масс газа (элементов конвекции). Пройдя путь, примерноравный своим размерам, они как бы растворяются в окружающей среде,порождая новые неоднородности. В наружных, более холодных слоях,

размеры этих неоднородностей меньше

Спикулы — наиболее мелкие структурные образования в хромосфере. Они имеют продолговатую форму, причем вытянутыпреимущественно в радиальном направлении. Длина их составляетнесколько тысяч км, а толщина — около 1 000 км. Со скоростями внесколько десятков км/с спикулы поднимаются из хромосферы в коронуи растворяются в ней. Через спикулы происходитобмен вещества хромосферы свышележащей короной.

Отрицательные ионы водорода образуются в ничтожномколичестве в фотосфере: из 100 млн. водородных атомов в среднем только одинпревращается в отрицательный ион. Они обладают свойством необычайно сильно поглощатьизлучение, особенно в ИК и видимой областях спектра. Поэтому,несмотря на свою ничтожную концентрацию, отрицательные ионыводорода являются основной причиной, определяющейпоглощение фотосферным веществом излучения в видимойобласти спектра. Связь второго электрона с атомом очень слабая, ипоэтому даже фотоны ИК-диапазона могут разрушитьотрицательный ион водорода.

Солнечная корона имеет динамическое продолжение далеко за орбитуЗемли до расстояний порядка 100 а.е. Из солнечной короны происходит постоянное истекание плазмы соскоростью, постепенно увеличивающейся по мере удаления от Солнца.Это расширение солнечной короны в межпланетное пространствоназывается солнечным ветром. Из-за солнечного ветра Солнце теряет ежесекундно около 1 млн. Тоннвещества. Солнечный ветер состоит в основном из электронов,протонов и альфа-частиц.

Зодиакальный свет и противосияние

Зодиакальный свет наблюдается втёмные безлунные ночи весной иосенью в южных широтах вскорепосле захода или незадолго передвосходом Солнца. В это времяэклиптика высоко поднимается надгоризонтом, и становится заметнойпроходящая вдоль неё светлаяполоса. По мере приближения кСолнцу, находящемуся подгоризонтом, свечение усиливается,а полоса расширяется, образуятреугольник. Яркость егопостепенно падает с увеличениемрасстояния от Солнца. В области неба, противоположнойСолнцу, яркость зодиакального светаслегка возрастает, образуяэллиптическое туманное пятнодиаметром около 10º, которое называетсяпротивосиянием. Противосияниеобусловлено отражением солнечногосвета от космической пыли.

Дата добавления: 2018-04-15 ; просмотров: 443 ; Мы поможем в написании вашей работы!

Источник