Каким небесным объектом является солнце

Солнце

Наша Галактика включает в себя множество различных объектов. Важнейшим из них является Солнце – благодаря ему существует жизнь на Земле. Светило имеет определённый состав, структуру, жизненный цикл. Эти и другие аспекты, связанные с ярким небесным телом, изучаются учёными с древности до наших дней.

Общие сведения

В источниках информации о Солнце определение звучит так: это одна из звёзд в составе Млечного пути; раскалённый шар, непрерывно выделяемый энергию во внешнее пространство. Более подробные характеристики светила таковы:

• Диаметр – 1 392 000 км. У нашей планеты он меньше в 109 раз.
• Средняя плотность звезды – 1,4 г/см³. Показатель, больший, чем у воды, в 1,4 раза.
• Эффективная температура поверхности – 5772 К. Она обуславливает белый цвет излучаемого света. Оттенок становится жёлтым у земной поверхности, что объясняется влиянием атмосферы на достигшие её световые потоки.
• Тип звезды – «жёлтый карлик». Такие объекты относительно невелики. Вместе с тем Солнце входит в число наиболее ярких звёзд нашей Галактики.
• Состав – значительную долю солнечной материи (73%) занимает водород, примерно втрое меньше (25%) в ней содержится гелия. В небольшом количестве в составе «огненного шара» присутствует азот, кислород, магний и другие элементы.
• Расположение в космическом пространстве – наше светило находится в области Млечного пути, которая называется рукав Ориона.

Описание Солнца содержит информацию об излучаемом свете и тепле. Причиной их возникновения является термоядерный синтез, происходящий в недрах космического тела. Водород в результате реакций преобразуется в гелий. Всё это сопровождается выделением энергии.

Характеристики Солнца

Происхождение

Пытаясь выяснить истину о возникновении важнейшей для нас звёзды, учёные выдвигают разные предположения. Среди них выделяется гипотеза о появлении светила после взрыва в космосе. В нём участвовала одна или целое скопление сверхновых звёзд. По мнению исследователей, именно в результате произошедших при взрыве эндотермических реакций образовалось такое количество золота и урана. Отмечается их избыток в веществе Солнечной системы.

Анализ состава небесного тела позволяет сделать вывод о том, что это звезда третьего поколения. Другими словами, она появилась из вещества, принадлежащего до этого ещё двум подобным объектам.

Строение

Солнце как тело, состоящее из газов, не имеет твёрдой поверхности. Характерной особенностью является повышение плотности вещества по направлению к центру на фоне увеличения температуры и давления. Всё содержимое раскалённого газового шара можно разделить на шесть слоёв, каждый из которых выполняет свою функцию.

Оно находится глубоко, в самом центре звезды. Радиусы всего светила и его ядра соотносятся примерно, как 3:1, но при этом в центральной части сосредоточена половина всей массы космического тела. Именно здесь, где температура и давление доходят до высочайших значений, протекают термоядерные реакции и генерируется энергия. Через остальные слои она просто проходит, а затем Солнце излучает её в виде световых и тепловых потоков. Установлено также, что ядро вращается быстрее поверхностных слоёв.

Зона лучистого переноса

Энергия от ядра устремляется наружу сначала через область лучистого переноса. Здесь происходит излучение и поглощение фотонов. Каждая такая частица, изначально зародившаяся в ядре, может перемещаться до следующего слоя десятки тысяч лет. Это объясняется тем, что фотоны многократно меняют направление движения.

Зона конвективного переноса

В этом слое продолжается передача энергии изнутри во внешнюю среду. Но здесь действуют другие механизмы – на смену излучению приходит конвекция. Главным «действующим лицом» в этом процессе становятся не отдельные частицы, а само вещество.

Чтобы понять суть, можно представить кипящую жидкость. Нагретая, она поднимается, там температура жидкости уменьшается, и вещество устремляется вниз. Подобное происходит в Солнце, только с газом. Его потоки подхватывают энергию из зоны лучевого переноса, транспортируют её наверх и там отдают. Затем охлаждённое вещество погружается вглубь. Если посмотреть на фотографии Солнца, можно заметить грануляцию на его поверхности. Такой вид получается за счёт непрерывно происходящей конвекции.

Фотосфера

С этого слоя, следующего за конвективной зоной, начинается атмосфера звезды. В ясный день, взглянув на круглый яркий диск в небе, можно увидеть именно фотосферу. Она источает основную часть света, согревающего спутники Солнца – все окружающие его объекты.

Хромосфера

Речь идёт о красноватой оболочке, увидеть которую в обычных условиях нельзя. Виной всему малая яркость хромосферы. Но можно наблюдать этот слой при солнечном затмении или в любое время с использованием специальных оптических средств. Снаружи хромосфера не является гладкой. «Рельеф» создают постоянные выбросы горячей массы – спикулы.

Корона

Это то, что окружает Солнце снаружи. Неровности короны – не что иное, как извержения энергии и протуберанцы. Плазменные выбросы могут простираться в свободное пространство на сотни тысяч километров. Они образуют солнечный ветер, скорость которого может меняться. С ним связано, например, такое явление, как полярное сияние, когда на небе можно наблюдать впечатляющее свечение.

Диаграмма внутреннего строения Солнца.

Жизненный цикл

Учёные определили, что в настоящий момент звезда прошла приблизительно половину своего жизненного цикла и находится в стабильной фазе существования. С момента её возникновения прошло 4,5 миллиарда лет. После взрыва из газопылевого облака появилось само светило и спутники Солнца. Звезда сначала состояла в основном из водорода. Будучи топливом, он постепенно расходовался, что продолжается и сейчас. Дальнейшее развитие событий наука представляет таким образом:

• Ещё миллиард с небольшим лет Солнце будет существовать в привычном для нас виде. Затем по мере истощения запасов водорода оно начнёт разогреваться сильнее. Это приведёт к испарению воды с Земли. Жизнь на планете станет невозможной.
• Когда в ядре не останется водорода, оно сильно сожмётся, а внешние слои расширятся. Небесное тело превратится в красного гиганта.
• По прошествии времени космический объект потеряет свою оболочку. Из неё сформируется туманность, центром которой станет образованный из ядра, плотный и сильно нагретый белый карлик.
• Оставшееся тело будет постепенно угасать. В конце оно превратится в остывшую массу вещества. Астрономы называют такие объекты чёрными карликами.

Так произойдёт окончательная смерть Солнца, а из появившихся в космосе элементов распада образуются уже другие звёзды и планеты.

Важность солнечного излучения

Мощная энергия, выделяемая в процессе непрерывно происходящего ядерного синтеза, пронзает космическое пространство. В каком количестве её получают спутники Солнца, зависит от многих причин. В частности, имеют значение размеры планеты и её удалённость от звезды. Земля получает такую энергию в количестве, достаточном для того, чтобы поддерживалась жизнь.

Нужно заметить, что энергетические потоки доходят до поверхности нашей планеты не в полном объёме. Определённая их доля поглощается и отражается атмосферой. Количество поступающей энергии также отличается в разные времена года. Имеет значение и географическая широта местности.

Энергия, посылаемая светилом, незаменима для людей и всех живых организмов. Благодаря свету, достигшему земной поверхности, поддерживаются различные процессы. Примером является фотосинтез у растений. Их листья содержат хлорофилл, улавливающий свет, что даёт Солнце. Эта энергия помогает растениям создавать важные вещества из углекислого газа и воды. Продуктом является кислород, обеспечивающий жизнь на планете. В областях Земли с недостатком света и тепла растения низкорослые и не отличаются большим количеством и разнообразием.

Энергия, которую излучает Солнце, применяют и в искусственных процессах. В результате которых, например, генерируется электрический ток. Люди также используют антисептические свойства ультрафиолетовых лучей для обеззараживания воды, тех или иных предметов. Естественный свет необходим для выработки в организме витамина D и исключения рахита. Но действие ультрафиолета стоит контролировать во избежание обратных, опасных для здоровья эффектов.

Лучистая солнечная энергия оказывает огромное влияние на формирование климата в том или ином регионе планеты. От неё зависят в первые очень температурные условия. Лучи попадают на земную поверхность под разным углом. В областях, где он получается прямой, наблюдается самый жаркий климат. Лучи располагаются перпендикулярно поверхности Земли на экваторе. За счёт того, что они не расходятся в пространстве, на каждый участок попадает максимум энергии. Но в основном лучи ложатся не перпендикулярно, а с наклоном к поверхности. Это обуславливает разницу в климатических условиях

Магнитные поля

У нашей звезды есть мощное магнитное поле, которое называют глобальным. Считается, что оно возникает вследствие скоростного перемещения газовых потоков в зоне конвекции. Действие поля может ослабевать и усиливаться, а каждые 11 лет оно меняет своё направление. Такая непостоянность способствует появлению различных эффектов, которые вместе обозначаются термином солнечная активность.

Одно из относящихся к этому явлений – геомагнитные бури. В период их действия может нарушаться работа средств связи, останавливаться передача электроэнергии. У многих людей во время геомагнитных бурь ухудшается самочувствие, появляется слабость и головная боль.

На Солнце, кроме глобального, могут возникать локальные магнитные поля. Несмотря на высокую напряжённость, они обычно существуют не более нескольких десятков дней. В литературе также можно встретить информацию о первичном магнитном поле. Указывается, что оно идёт от ядра и лучистой зоны и имеет тот же возраст, что и освещаемая нашу планету звезда.

Поскольку Солнце характеризуется непостоянной магнитной активностью, его относят к переменным звёздам. Это значит, что происходящие процессы приводят к уменьшению или увеличению яркости в разные периоды времени. В одни годы Солнце светит сильнее, в другие – слабее.

Солнечный ветер

Его не следует путать с солнечным светом. В последнем случае речь идёт о потоке фотонов, которые стремительно движутся от светила к Земле, и на это уходит в среднем не больше 9 минут. Солнечный ветер же представляет собой массы ионизированных частиц, достигающие земной атмосферы через 2-3 суток. Его потоки выходят из солнечной короны и представляют собой одно из основных составляющих межпланетной среды.

По причине действия такого ветра Солнце ежесекундно лишается почти миллиона тонн своего вещества. Потоки, исходящие из внешнего слоя, тем не менее не дают представление о точном его составе. Причиной тому являются процессы дифференциации, в результате которых количество одних элементов увеличивается, а других – уменьшается.

Исследования показали, что солнечный ветер непостоянен. Он может быть спокойным – медленным или быстрым, при этом зарождается в области корональных потоков или дыр с относительно невысоким нагревом. Другой тип – возмущённый солнечный ветер. Он ассоциируется с корональными выбросами.

Полярное сияние – одно из явлений, происходящих при действии солнечного ветра. Оно завораживает наблюдателей и выглядит как меняющееся небесное свечение или пересекающие свод и движущиеся лучи. Этот эффект возникает, когда верхние атмосферные слои вступают во взаимодействие с активными частицами солнечного ветра.

Летом, при ярком Солнце, и зимой земляне имеют возможность наблюдать феномен реже, чем в другие периоды года. Долгое время также считалось, что в двух полушариях планеты явление имеет симметричный характер. Но проводимые уже в современном веке космические наблюдения показали, что северное и южное сияние во многом различны.

Солнечные затмения

В древности слагались притчи про Солнце, периодически исчезающее из вида. В те далёкие времена загадочное явление приводило людей в ужас. Они приписывали это действие мистическим силам, которые пытаются захватить светило и погрузить Землю во мрак. Но астрономы всё-таки нашли причину феномена. Они заметили, что Луна в это время тоже исчезает, именно она и перекрывает в своём движении светящийся диск.

Наблюдать это явление можно до 5 раз в течение года. Но затмения происходят по-разному. Они бывают:

• Полными. Затмения этого вида очень важны в плане научных исследований, так как дают возможность изучить подробней корону и другие составляющие светила. Так, в конце 19 века во время описанного космического явления французскому астроному Жансену удалось лучше рассмотреть протуберанцы и определить их газообразный состав.
• Частными. В этом случае Луна перемещается не по центру «жёлтого шара» и затмевает Солнце не полностью. При этом его видимая часть напоминает месяц.
• Кольцеобразными. Здесь Луна оказывается внутри солнечного диска. Она находится на таком расстоянии от Земли, что диаметр видится меньшим, чем у светила. Поэтому Луна не закрывает его целиком и её тёмный круг словно окружён кольцом.

Солнечная система

Звезда, о которой идёт речь, является центральным элементом целой системы, состоящей из множества тел. Причём масса светила несоразмерно велика – вместе взятые спутники Солнца, то есть все объекты в его окружении, не составляют и сотую долю от этой величины. Других звёзд в системе нет.

Вокруг главного светила на разном удалении от него вращаются планеты наибольшего размера:

• Меркурий – от него до центральной звезды самое маленькое расстояние.
• Венера – немногим меньше Земли. Это горячая планета, на которой мало воды.
• Земля – имеет особую атмосферу, наполненную свободным кислородом.
• Марс – характеризуется вулканами на поверхности, превышающими по высоте земные.
• Юпитер – гигантская планета с большим количеством собственных спутников, их 79.
• Сатурн – окружён кольцами, которые хорошо видны с Земли.
• Уран – вращается по-особому, будто «лёжа на боку».
• Нептун – его и Уран называют ледяными гигантами. Наиболее удалён от Земли.

Кроме, этих тел есть ещё множество объектов, которых Солнце удерживает своим притяжением. Это карликовые планеты, сгруппировавшиеся в кольцо астероиды, кометы с горящим «хвостом», метеороиды. Самые маленькие частицы в системе образуют космическую пыль.

Изучение Солнца

С ранних времён люди понимали исключительную роль яркого небесного диска, источающего свет и тепло. Они почитали его как божество. Астрономы пытались понять природу светила и сначала ошибочно считали его планетой.

Научные достижения до современности

Греческий философ Анаксагор принадлежал к числу тех, кто осмелился критиковать бытующие в те времена убеждения. Он заявил, что в небе видна не мифологическая колесница Гелиоса, а гигантский разгорячённый шар. За такие дерзкие рассуждения Анаксагора заточили в тюрьму и собирались лишить жизни. К счастью, за него вступился обладающий властью Перикл.

Раньше люди думали, что Солнце, появляясь утром на горизонте, а вечером исчезая с небосклона, перемещается вокруг Земли. Аристарх Самосский решил опровергнуть эти представления и предположил обратное. В 16 в. идея о движении нашей планеты вокруг звезды получила своё развитие благодаря Копернику.

С начала 17 в. изучать Солнце в космосе стало гораздо легче, так как был построен первый микроскоп. Учёные Галилей и Шейнер смогли с помощью прибора разглядеть на светящемся небесном объекте пятна. Между двумя исследователями возник спор об их происхождении. Шейнер принимал образования за движущиеся планеты. Галилей же, внимательно изучая пятна, понял, что они принадлежат самому светилу, а также сделал верный вывод о вращении звезды.

В 19 в. Анджело Секки удалось разложить естественный свет на цвета. Так была основана спектроскопия. Работа по этому научному направлению привела к обнаружению такого элемента в солнечном веществе, как гелий. Первое пятилетие 20 в. знаменуется ещё одним открытием – Джордж Хейл выяснил, что увиденные Галилеем пятна на Солнце произведены магнитным полем, провоцирующим локальное охлаждение поверхности.

Учёные долгое время не могли найти источник неиссякаемой энергии главной звезды. Озвучивались версии о накаливании тела вследствие бомбардировки метеоритами. Обсуждалось и гравитационное сжатие. Наконец, в 20 в. было сделано предположение о протекающих внутри термоядерных реакциях. Эта идея в дальнейшем получила своё подтверждение.

Грандиозные орбитальные исследования

Земная атмосфера за счёт своих особенностей не позволяет максимально чётко, без искажений рассмотреть Солнце и другие объекты космического пространства. Более приближённые к действительности данные можно получить, рассматривая тела с высоких точек – находясь в горной обсерватории или с помощью поднятых в самое небо наблюдательных устройств.

Но самые чёткие фотографии Солнца выполняются с космических станций, искусственных спутников и ракет, находящихся за пределами атмосферы. С помощью этих средств получают наиболее достоверные результаты наблюдений. Поэтому с развитием космонавтики возможности по изучению нашей звезды заметно расширились.

Так, в 60-х годах ушедшего века с применением специальных аппаратов «Луна» (1 и 2) удалось обнаружить солнечный ветер. Затем была запущена группа спутников «Пионер» для более детального изучения этого явления. В космосе с такой же задачей побывали и аппараты «Гелиос». Попутно была выяснена разность в плотности околозвёздных метеоритов и находящихся ближе к нашей планете.

В 80-х годах в действие вступила космическая обсерватория АТМ. Объектом исследований стала окружающая Солнце корона. Были открыты дыры и выбросы вещества в этой области. В дальнейшем изучались солнечные вспышки и разные типы излучения. Важные данные также позволил получить аппарат SOHO. Кроме прочего, с помощью него было изучено множество комет, испаряющихся от высоких температур после приближения к светилу.

Важные исследования в 21 в. продолжаются. Учёные, используя современные средства, имеют возможность всё лучше узнавать небесное светило и получать объяснения различных связанных с ним явлений.

Меры предосторожности во время наблюдений

Солнце не может похвастаться самыми большими размерами в сравнении с другими звёздами. Но оно достаточно мощное и расположено к нам относительно близко. Поэтому оно воспринимается на Земле как очень яркое. Полная Луна, даже находясь в контрасте с тёмным ночным небом, слепит во много раз меньше.

Солнце допустимо созерцать невооружённым глазом без вреда для зрения только рано утром, на восходе, или поздно, на закате. В это время блеск небесного диска тысячекратно уменьшается. Днём же крайне опасно прямо смотреть на светило. Тем более нельзя без специальной защиты проводить наблюдения с применением увеличивающих оптических приборов – бинокля, телескопа. Последствиями таких действий может стать ожог глаз, слепота.

Для избежания непоправимого вреда для зрения в астрономических обсерваториях используются особенные солнечные телескопы. В них установлены защитные плотные светофильтры, способные подавлять яркость. Во время любительских наблюдений тоже необходимо смотреть на Солнце через специальный фильтр. Его располагают перед объективом используемого прибора.

Существует ещё способ рассмотрения нужного предмета – проецировать изображение посредством телескопа на экран. Подойдёт даже небольшой любительский прибор, чтобы изучать таким методом пятна или грануляцию на поверхности пылающего шара. Но стоит остерегаться поломки самого телескопа. Чтобы этого не произошло, стоит внимательно изучить инструкцию.

Изучать любые астрономические тела, будь то спутники Солнца или само светило, необычайно интересно. А профессиональные наблюдения и научные исследования особенно ценны. Эти знания в дальнейшем могут очень пригодиться человечеству.

Источник