Атмосфера Солнца: фотосфера, хромосфера и солнечная корона
Фотосфера
Фотосфера — Это видимая поверхность звезды, извергающая основную часть оптического излучения. Толщина этого слоя от 100 до 400 км, а температура от 6600° К (внутри) до 4400° К (у внешнего края). Размеры Солнца определяются именно по фотосфере. Газ здесь относительно разреженный, а скорость вращения его различна в зависимости от области. В экваториальной области один оборот происходит за 24 дня, а в районе полюсов за 30 дней.
Хромосфера
Эта оболочка окружает фотосферу, и её толщина около 2000 км. Верхняя граница хромосферы характерна постоянными горячими выбросами – спикулами. Эту часть Солнца увидеть можно только при полном солнечном затмении. Тогда она проявляется в красных тонах.
Солнечная корона
Это последняя солнечная оболочка. Она характеризуется наличием протуберанцев и извержениями энергии. Они выплёскиваются на сотни тысяч километров, порождая солнечный ветер.
Температура короны намного выше поверхности Солнца – 1 000 000° К – 2 000 000° К, а в некоторых местах от 8 000 000° К до 29 000 000° К. Но увидеть корону можно лишь при солнечном затмении. Корона изменяет свою форму. Изменения зависят от цикла солнечной активности. На пиках максимума её форма округлая, а в минимальных значениях – вытянутая вдоль экватора.
Солнечный ветер
Солнечный ветер — это поток ионизованных частиц, выбрасываемых из Солнца во всех направлениях со скоростью около 400 км в секунду. Источником солнечного ветра является солнечная корона. Температура короны Солнца настолько высока, что сила гравитации не способна удержать ее вещество вблизи поверхности, и часть этого вещества непрерывно улетает в межпланетное пространство.
Хотя мы понимаем общие причины, по которым возникает солнечный ветер, многие детали этого процесса все еще не ясны. В частности, в настоящее время до конца не известно, где именно корональный газ ускоряется до таких высоких скоростей.
Источник
§ 20. Строение солнечной атмосферы
1. Из каких оболочек состоит атмосфера Солнца?
Атмосфера Солнца состоит фотосферы, хромосферы и короны.
2. Что такое фотосфера Солнца?
Фотосфера — слой, из которого исходит практически всё видимое излучение Солнца.
3. Какие объекты характерны для фотосферы Солнца?
Грануляция — Процесс постоянного возникновения и исчезновения гранул в фотосфере. Солнечные пятна — области Солнца, температура которых ниже, чем окружающих участков. Факелы — яркие области, в зоне которых часто и развиваются тёмные пятна.
4. Почему солнечные пятна темнее, чем фотосфера?
Солнечные пятна темнее, чем фотосфера, потому что температура в этих областях ниже.
5. Что понимают под грануляцией?
Процесс постоянного возникновения и исчезновения гранул (огромных пузырей плазмы) в фотосфере называется грануляцией.
6. Что понимают под хромосферой и короной Солнца?
Над фотосферой простирается хромосфера Солнца. Общая её протяжённость 10-15 тыс. км.
Солнечная корона — самая внешняя разряжённая и горячая оболочка Солнца, распространяющаяся от него на несколько солнечных радиусов и имеющая температуру плазмы до 1 млн градусов.
7. Какие явления наблюдаются в хромосфере и короне Солнца?
Хромосфера представляется наблюдателю в виде продолговатых вытянутых язычков или зубчиков — спикул — длиной порядка 10 тыс. км.
Вспышка — наиболее мощный взрывной процесс в активной области атмосферы Солнца.
Протуберанец — гигантское плазменное образование в солнечной короне в виде выступов и арок, опирающихся на хромосферу.
8. Что такое солнечная активность и какова её цикличность?
Совокупность нестационарных процессов, периодически возникающих в солнечной атмосфере, называется солнечной активностью. Проявлением солнечной активности являются пятна, факелы в фотосфере, протуберанцы, вспышки и выбросы вещества в атмосфере и короне.
Источник
Урок 20
Фотосфера — тонкий слой, из которого выходит всё видимое излучение Солнца.
Пятно — самые приметные объекты на Солнце тёмного цвета, температура которых понижена по сравнению с окружающими участками фотосферы.
Факел — яркие образования, видимые в белом свете преимущественно вблизи края диска Солнца.
Вспышка — мощные и быстроразвивающиеся процессы в хромосфере.
Протуберанец — гигантские арки или выступы, видимые на краю солнечного диска.
Солнечный ветер — самая разряжённая и горячая оболочка Солнца.
В эти моменты Меркурий будет выглядеть более тёмным, в отличие от пятен, и перемещаться с заметной скоростью.
Пусть d — диаметр солнечного диска, а d(n) — диаметр солнечного пятна, то
где D — диаметр Солнца, D(n) — реальный диаметр солнечного пятна. Произведя расчёты, получим: d = 50 мм и d(n) = 2 мм. Реальный диаметр Солнца равен 1 392 000 км, значит диаметр пятна равен 128 000 км — 4,4 диаметра Земли.
— скорость движения вещества протуберанца, где Δt — разница времени получения снимков, Δl — изменение высоты протуберанца, μ — масштаб снимков.
Сделав измерения на рисунке, получим: Δl = 12 мм, Δt = 840 с. Тогда получим:
Если Iф — яркость фотосферы, а Iп — яркость пятна, то Iф / Iп = 9. Используя закон Стефана-Больцмана, получим:
Источник
Фотосфера Солнца
Фотосфера — это поверхность Солнца, которую может увидеть человеческий глаз с помощью увеличительных устройств лучше всего. Её толщина очень невелика в сравнении с другими слоями Звезды, и равна она 100 км. Если сопоставить её со всем радиусом Солнца, то всё становится наглядно видно 100/700,000. Этот слой полностью закрывает излучение, исходящее из ядра, из-за чего люди не могут заглянуть внутрь звезды. На картинке указана схема строения Солнца.
Графическое представление слоев Солнца
Если присмотреться к Солнцу, то можно заметить, что фотосфера имеет весьма неоднородный окрас, а именно ближе к краю она затемнена. Это связано с тем, что основной свет исходит из внутренних слоёв фотосферного диска по эффекту проекции. В то время как свет на её краю направлен по касательной к солнечной поверхности, и он не может проникнуть внутрь. Именно поэтому «обводка» Солнца заметно темнее. Температура фотосферы Солнца достигает 6000 К.
Если вы купите телескоп, чтобы рассмотреть фотосферу Солнца поближе, то наверняка вас заинтересует очень интересное явление, называемое солнечными пятнами или же яркими фотосферными факелами. Чтобы изучить другие процессы, происходящие в фотосфере, необходимо выяснить скорость движения плазмы. Для этого используется эффект Доплера. Благодаря ему, ученые сделали такие открытия, как гигантские турбулентные движения плазмы (супер грануляция) и осцилляция солнечной поверхности.
Источник
Атмосфера Солнца: фотосфера, хромосфера и корона
По всем своим параметрам атмосфера Солнца абсолютно не похожа на газовые оболочки движущихся вокруг него планет. Она начинается над зоной конвекции и продолжается бесконечно далеко в виде потоков солнечного ветра. Для атмосферы Солнца характерно слоистое строение. Атомы водорода, гелия и других элементов, переходя от нижних слоев внешней оболочки звезды к верхним, полностью ионизируются. Они формируют потоки движущейся плазмы и простираются по всей Солнечной системе и за ее пределами.
Рассмотрим детально три слоя солнечной атмосферы.
Фотосфера
Является самым ярким слоем солнечной атмосферы, из которого выходит наибольшая часть видимого излучения звезды. Ее толщина колеблется от 100 до 400 км. Именно благодаря фотосфере мы наблюдаем кажущуюся поверхность Солнца.
Это крайне разряженный слой внешней оболочки звезды. Ее давление не превышает 0,1 атм., а плотность составляет от 10 -8 до 10 -9 г/ куб. см. Состоит нижняя часть солнечной атмосферы из относительно нейтральных атомов водорода и гелия и ионизированных атомов металлов. Однако водород по мере продвижения вверх по внешней оболочке Солнца также начинает терять свои атомы.
Температура фотосферы самая низкая во всей атмосфере. У конвекционной зоны она составляет около 5,7*10 3 градусов Цельсия, а у своего края опускается до 3,7*10 3 .
Фотосфера Солнца имеет зернистую структуру. Эти гранулы являются верхушками колонн перемешивающейся в зоне конвекции плазмы. Их диаметр в среднем равняется 1 км, а продолжительность существования не превышает 20 мин.
Хромосфера
Средний слой атмосферы Солнца имеет толщину около 15000 км. Хромосфера еще более разряжена, чем фотосфера и плотность частиц здесь не превышает 10 -13 г/ куб. см. В ее слоях водород и гелий частично подвергаются ионизации.
В нижней части хромосферы Солнца температура составляет 3500° С, а у границы с солнечной короной повышается до 19000°С. Среднее значение температуры среднего слоя солнечной атмосферы – 9700°С.
Хромосфера имеет неоднородную, зернистую структуру. Ее основу составляют спикулы – тонкие столбики плазмы диаметром до полутора километров и длиной в несколько десятков тысяч километров. Одновременно образуется до миллиона таких столбиков со средней продолжительностью жизни 10 минут. Кроме спикул средний слой содержит супергрануляции, облакоподобные флоккулы и протуберанцы.
Увидеть эту оболочку в обычных условиях невозможно из-за ее малой плотности. Хромосфера становится видимой во время полного затмения Солнца, когда фотосфера оказывается закрыта спутником Земли. Она проявляется в виде тонкого красноватого ободка вокруг небесного светила.
Солнечная корона
Внешний слой солнечной атмосферы называется солнечной короной. Это максимально разряженная оболочка, где плотность частиц колеблется от 10 -12 до 10 -15 . Атомы водорода и гелия в пределах короны Солнца становятся полностью ионизированными. Ее толщину невозможно рассчитать, т.к. с ее поверхности исходят потоки солнечного ветра, распространяющиеся на огромные космические расстояния.
Средняя температура в верхних слоях атмосферы Солнца — 1*10 6 К. Некоторые участки короны разогреваются до 8 — 15*10 6 К. Также на ее поверхности есть более холодные участки с низкой плотностью – корональные дыры. Здесь температура падает до 6*10 5 К. Эти дыры остаются после высвобождения потока солнечного ветра и образуются чаще всего на полюсах звезды. Они оказывают влияние на ионосферу и магнитосферу Земли.
Несмотря на такие высокие температурные значения, ее малая плотность не позволяет разглядеть корону невооруженным глазом. Она становится заметной лишь в периоды полного затмения Солнца.
Основным элементом короны являются протуберанцы. Это относительно холодные сгустки плазмы, поднимающиеся над поверхностью Солнца. Продолжительность их жизни колеблется от нескольких минут до нескольких суток, после чего они рассеиваются и исчезают. Кроме протуберанцев во внешнем слое атмосферы Солнца постоянно происходят извержения – потоки ионов вырываются из короны, образуя так званый ветер.
Солнечный ветер
Потоки ионизированных частиц вырываются из верхних слоев атмосферы Солнца и распространяются на тысячи и даже миллионы километров. Именно с ним связаны такие уникальные явления на нашей планете, как полярные сияния и магнитные бури.
Солнечный ветер бывает двух видов: медленный и быстрый. Медленные потоки водородно-гелиевой плазмы движутся со скоростью не более 400 км/с и имеют температуру до полутора миллионов Кельвинов. Быстрый ветер имеет в своем составе атомы неионизированного водорода, движется со средней скоростью 750 км/с и в два раза холодней медленного ветра.
Потоки ионов уносят с собой часть массы звезды. Рассчитано, что за 150 млн. лет Солнце теряет частиц с общей массой, равной массе Земли.
Расстояние, на которое распространяется этот феномен со сверхзвуковой скоростью, обозначается как гелиосфера. Оно составляет более 20 а.е., а затем из-за значительного снижения скорости потоков ионизированных частиц гелиосфера переходит в межзвездную среду.
Источник