Как определяется химический состав солнца

Как узнали химический состав солнца

Нередко можно встретить у читателя и слушателя недоверчивое отношение к тому, что говорят и пишут астрономы о Солнце и звёздах. Действительно, как могли учёные определить размеры, движение, а тем более химический состав далёких звёзд и Солнца, узнать о процессах, происходящих в их недрах и на поверхности? Ведь астроном не может побывать на небесных светилах. Если бы даже существовал летательный аппарат, который был бы в состоянии преодолевать межзвёздные пространства, то и тогда человек не смог бы добраться до Солнца: под действием жгучих солнечных лучей и он и его аппарат неминуемо превратились бы в пар, задолго до того, как они достигли поверхности Солнца.

Астроном лишён возможности изучать поверхности и недра этих далёких миров тем опытным путём, каким изучают Землю географы и геологи. Он не может подвергнуть их атмосферы тому непосредственному исследованию в лабораториях, которому физики, геофизики и химики подвергают атмосферу земную. Астроном может лишь наблюдать космические тела. Единственно, что «соединяет» его с Солнцем и звёздами — это луч света. Луч — это тот мост, который связывает Землю с «небом», тот путь, который ведёт к познанию природы космических тел. Следовательно, изучение небесных светил сводится к изучению световых лучей, ими испускаемых.

И луч света рассказывает астроному об очень многом, сообщает ему много интересных данных о Солнце и звёздах, посланцами которых он является. На основе изучения лучей определяется температура, химический состав и скорости движения космических тел, получается много других нужных и ценных сведений.

Изучаются не только Солнце и звёзды, но и планеты, которые собственного света не имеют. Их изучение основывается на исследовании отражённых планетами солнечных лучей.

Наиболее мощным средством изучения небесных светил является спектральный анализ, открытый около 80 лет тому назад.

Как известно, свет представляет собой один из видов электромагнитной энергии, распространяющейся в пространстве волнообразно. Длина волн видимого света заключена в весьма узкие пределы — от 7 до 4 десятитысячных миллиметра. В эти ничтожно малые пределы укладывается всё разнообразие, всё богатство красок и оттенков, которые воспринимаются человеческим глазом.

Рис. 13. Спектр излучения. Заштрихованная сеткой часть спектра — видимые лучи.

Лучи с меньшей длиной волны, чем в 3—4 десятитысячных миллиметра (ультрафиолетовые), уже невидимы для глаза, так же, как и лучи инфракрасные, у которых длина волны больше, чем у волн видимого луча света (рис. 13).

Источник

Солнце: характеристика, состав, строение, химический состав солнца

Состав атмосферы Солнца

При наблюдении в 1868 году полного солнечного затмения в спектре солнечной атмосферы была обнаружена яркая жёлтая линия, которой до этого не получали в спектрах земных веществ. Это вещество было названо гелием (гелиос — означает Солнце).

На Земле оно было найдено только через 30 лет. В 1942 году в атмосфере Солнца было обнаружено, правда, в небольшом количестве, золото. Всего на Солнце найдено пока 64 элемента таблицы Менделеева. Исследования при помощи спектрального анализа показали такое содержание элементов в солнечной атмосфере (по числу атомов):

Химический элемент Содержание в процентах
Водород • . Гелий .

• . Углерод . . Азот …. Кислород Натрий . . Магний . ♦ Алюминий . Кремний . . Сера …. Калий . • . 81,760 18,170 0,003000 0,010000 0,030000 0,000300 0,020000 0,000200 0,006000 0,003000 0,000010

Химический элемент Содержание в процентах
Кальций Титан . . Ванадий Хром . . Марганец Железо . Кобальт Никель • Медь . . Цинк . . 0,000300 0,000003 0,000001 0,000006 0,000010 0,000800 0,000004 0,000200 0,000002 0,000030

В настоящее время считается, что по массе (а не по числу атомов) Солнце состоит на 50 процентов из водорода и на 40 процентов из гелия.

На все другие элементы приходится всего 10 процентов.

Из чего состоит Солнце

Солнце представляет собой гигантский огненный шар, являющейся центром нашей звёздной системы. В прошлом считалось, что Солнце имеет идеально круглую форму, однако проведённые исследования показали, что наше Солнце состоит из многочисленных слоев.

Каждый из таких слоев выполняет определенную функцию. По своей структуре Солнце схоже с гигантской печью, которая отдает тепло всем близлежащим звёздам.

Состав Солнца

Солнце имеет стабильный состав и состоит на 24 % из гелия и на 74 % из водорода.

Также тут имеется 1 % кислорода и ряд других элементов, массовая доля которых не превышает 1 %.

Учёные в течение длительного времени изучали структуру и состав Солнца и пришли к выводу, что в результате взрыва появилась звезда, содержащая гелий и молекулярный водород. На Солнце происходит процесс ядерного синтеза, и водород постепенно превращается в гелий.

Для начала процесса синтеза необходима огромная температура и высокая масса планеты.

Слои солнца

Как было сказано выше, Солнце состоит из многочисленных слоев, температура в которых по мере их приближения к ядру неизменно увеличивается. Необходимо сказать, что гелий и водород в различных слоях имеет отличающиеся характеристики.

Ядро солнца

В центре планеты располагается ядро, показатели температуру внутри которого огромны. Именно тут и протекает реакция синтеза.

Из атомов водорода образуется гелий, а вместе с ним и свет с теплом. Такое тепло впоследствии доходит до Земли и является источником жизни на нашей планете. Установлено, что температура на Солнце составляет 36.000.000 градусов.

Экспериментальным путём удалось установить, что размер ядра составляет порядка 20 % всей длины радиуса Солнца. Несмотря на состояние электронов и нейронов, Солнце способно преобразовать атомы водорода в гелий.

Такая реакция получила название экзотермической.

При её протекании выделяется огромное количество тепла.

Зона радиации на Солнце

Находится солнечная радиационная зона у границы ядра и может достигать около 70 % всего радиуса Солнца.

В этой зоне находится горячее вещество, которое позволяет передавать тепловую энергию от ядра во внешний слой.

Происходящее в ядре Солнца реакция ядерного синтеза приводит к появлению различных радиационных фотонов. Впоследствии эти фотоны переходят через радиационный слой и выбрасываются Солнцем наружу. Учёные смогли установить, что на то чтобы преодолеть фотонам радиационный слой внутри Солнца им требуется около 200.000 лет.

Лишь после этого традиционный фотон выбрасываются наружу, и вместе с солнечным ветром блуждает по космосу. Чтобы понять мощность такого солнечного ветра можем сказать, что расстояние от Солнца до Земли ветер покрывает за 8 минут.

Необходимо сказать, что такие радиационные зоны имеются у множества звёзд. Их сила и размер зависит от величины звезды.

Конвективная зона

Этот слой располагается снаружи радиационной зоны. Необходимо сказать, что конвективная зона имеется практически у всех звёзд.

Состоит она из газа и плотных веществ. Именно тут происходит потеря тепла, и охлаждённый газ устремляется обратно к центру Солнца, что позволяет продолжить ядерный синтез.

Фотосфера

Фотосфера является единственным видимым непосредственно с Земли слоем Солнца. Установлено, что температура поверхности составляет 6000 К. Светиться фотосфера желто-белым светом, который хорошо виден с Земли.

У Солнца также имеется атмосфера, которую принято называть короной.

Этот слой мы можем видеть во время солнечных затмений.

Основные статьи: Солнце, Спектр звёзд, Характеристики звезды

Очень скоро после открытия спектрального анализа были получены спектрыСолнца и было доказано, что вещество Солнца состо­ит из тех же химических элементов, что и Земля.

Правда, по­сле того как появились спектры звёзд, ясности стало меньше. Удивительным было то, что гелий был открыт в спектре сол­нечной короны, а в спектре Солнца его обнаружить не уда­лось.

Удивляло разнообразие звёздных спектров. В одних из них не было ничего, кроме линий гелия, и даже ионизован­ного гелия, в других один водород, в третьих водорода нет, но есть множество линий самых разнообразных элементов.

Появление квантовой механики позволило разобраться во всем этом разнообразии.

Выяснилось, что особенности спект­ров определяются главным образом температурой того слоя, в котором образуются спектральные линии. При различных тем­пературах создаются условия для появления разных спект­ральных линий.

Когда удалось провести расчёты спектральных линий, смог­ли определить и истинный химический состав звёзд.

Он ока­зался удивительно одинаковым. Во всех звёздах, точнее во всей Вселенной, преобладающими элементами являются водо­род (около 65% по массе) и гелий (около 35% по массе). На долю всех остальных химических элементов приходится не бо­лее 1% по массе.

Химический состав вещества звёзд, несомненно, зависит от их возраста.

В самых старых звёздах количество тяжёлых (тя­желее гелия) химических элементов не превышает 0,1%, а в самых молодых доходит до 4%. Это очень важный факт для теории эволюции звёзд, галактик и Вселенной.

Спектральные линии водорода

Для простоты понимания можно рассмотреть появление в спек­тре звезды линий водорода.

Спектр водорода образуется при переходах электрона внутри атома с одного энергетического уровня на другой.

В частности, линии водорода появятся в спектре только тогда, когда в веществе значительное количе­ство атомов водорода имеет электрон на втором энергетичес­ком уровне. Чем больше таких атомов, тем сильнее наблюда­емая линия. Материал с сайта http://wikiwhat.ru

В звёздах с низкой температурой атмосферы (3000— 4000 K) атомов водорода с электроном на втором уровне нет.

Ведь, для того чтобы перевести электрон на второй уровень, он должен получить достаточно большую энергию при столк­новении с другим атомом или свободным электроном. Но при столь низких температурах атомов и электронов с такой боль­шой энергией просто очень мало.

При температурах около 10 000 K в большинстве атомов водорода электроны находятся именно на втором энергетиче­ском уровне и в спектре видны мощные линии водорода.

При ещё больших температурах водород уже ионизован и в спект­ре его линий нет, зато появляются линии гелия, и при тем­пературах около 35 000 K в спектре видны только линии ге­лия и ионизованного гелия.

Нужно сказать, что при низких температурах почти все атомы водорода имеют электрон на самом низком, основном уровне, их линии поглощения лежат в далёкой ультрафиоле­товой области спектра.

Солнце — своеобразные ядерный реактор. В нем постоянно протекают процессы ядерных реакций с выделением большого количества энергии, которая нас согревает.

Превращения идут от легких «нестабильных» элементов до тяжелых металлов. Уже сейчас ученые по спектральному анализу нашли в «атмосфере» Солнца пары железа. Отсюда они делают вывод что Солнцу осталось жить не более 5-7 миллиардов лет. Если я не ошибаюсь.

Солнце — это обычная звезда, ее возраст около 5 миллиардов лет, оно представляет собой огромный светящийся газовый шар, внутри которо­го протекают сложные процессы и в результате непрерывно выделяется энергия, диаметр его примерно в 109 раз превосходит диаметр Земли.

Внутри Солнца могло бы поместиться более миллиона небесных тел размером с 3емлю. ——————————————————————————— Как же устроено Солнце? В центральной части Солнца находится источник его энергии. Эта область называется ядром. Под тяжестью внешних слоев вещество внутри Солнца сжато настолько, что давление в нем в 200 миллиардов раз выше, чем давление воздуха в земной атмосфере. Плотность вещества его (в 7 раз большая, чем у самого плотного земного металла) увеличивается к центру вместе с ростом давления и температуры.

Ядро имеет радиус не более четверти общего радиуса Солнца, а температура там достигает 15 миллионов градусов. В его объёме сосредоточена поло­вина солнечной массы и выделяется практически вся энергия, которая поддерживает свечение Солнца.

Эта энергия выделяется в результате слияния атомов лёгких химических элементов в атомы более тяжёлых. В недрах Солнца из четырёх атомов водорода образуется один атом гелия. Энергия переносится из внутренних сло­ев Солнца путем излучения ближе к по­верхности, и процесс этот занимает около 10 милли­онов лет. ——————————————————————————— СОЛНЕЧНАЯ АТМОСФЕРА Земная атмосфера — это воздух, которым мы дышим, привычная для нас газовая оболочка Земли.

Такие оболочки есть и у других планет. Звёзды целиком состоят из газа, но их внешние слои также именуют атмосферой. Желтый свет Солнца приходит к нам из слоя солнечной атмосферы, который имеет толщину 500 км и на­зывается фотосферой. Под ним лежат внутренние области Солнца, а выше — прозрачные части наружной атмосферы.

Практически вся солнечная энергия, включая тепло и свет, падающие на Землю, приходит к нам от фотосферы, но первоначально производится в глубине Солнца. Толщина фотосферы составляет не более одной трёхтысячной до­ли солнечного радиуса, поэтому фотосферу иногда условно называют поверхностью Солнца.

Плотность газов в фотосфере в сотни раз меньше, чем у поверхности Земли, а температура фотосферы равна приблизительно 5500°С. При таких условиях, почти все молекулы газа распадаются на отдельные атомы. Лишь в самых верхних слоях фотосферы сохраняется относительно немного простейших молекул. ——————————————————————————— Фотосфера имеет зернистую структуру, называемую грануляцией.

Диаметр каждой из гранул около 1000 км, они представля­ет собой поднявшийся на поверхность поток горячего вещества. Гранулы недолговечны. Они непрерывно видоизменяются, возникают и исчезают. Средняя продол­жительность жизни гранул составляет 10 минут. На фотосфе­ре часто можно увидеть относительно небольшие темные области — солнечные пятна. Они на 1500° холод­нее окружающей их фотосферы, температура которой достигает 5800°.

Из-за разницы температур с фотосферой, оно ка­жется совсем чёрным, хотя в действительности яркость его слабее только раз в десять эти пятна и кажутся при наблюдении в телескоп совершенно черными. С течением времени величина, и форма пятен сильно меняются.

Возникнув в виде едва заметной точки — поры, пятно постепенно увеличивает свои размеры до нескольких десятков тысяч километров. Солнечные пятна часто образуют группы из нескольких больших и малых пятен, и такие группы могут занимать значительные области на солнечном диске. Картина группы всё время меняется, пятна рождаются, растут и распадаются.

Живут груп­пы пятен долго, иногда на протяже­нии двух или трёх оборотов Солнца (период вращения Солнца составляет примерно 27 суток) . Фотосфера постепенно переходит в более разреженные внешние слои солнечной атмосферы — хро­мосферу и

Это состояние называется ПЛАЗМА, причём в плазменном состянии на Солнце находятся молекулы ВОДОРОДА и ГЕЛИЯ.

74% водорода и 24% гелия.

Также, Солнце состоит из 1% кислорода, и оставшийся 1% — это такие элементы таблицы Менделеева, как: хром, кальций, неон, углерод, магний, сера, кремний, никель, железо

Источник