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
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
Строение и атмосфера Солнца. Солнечный ветер
Из чего состоит Солнце, почему мы не видим солнечную корону и что такое солнечный ветер
Солнце языком цифр
Солнце, несмотря на то, что числится по классификации звезд “желтым карликом” так велико, что нам даже сложно представить. Когда мы говорим, что масса Юпитера – это 318 масс Земли, это кажется невероятным. Но когда мы узнаем, что 99,8% массы всего вещества Солнечной системы приходится на Солнце – это просто выходит за рамки понимания.
За прошедшие годы мы немало узнали о том как устроена “наша” звезда. Хотя человечество не изобрело (и вряд ли когда-то изобретет) исследовательский зонд, способный физически приблизиться к Солнцу и взять пробы его вещества, мы итак неплохо осведомлены об его составе.
Сравнение размеров Солнца с размерами планет Солнечной системы
Знание физики и возможности спектрального анализа дают нам возможность точно сказать, из чего состоит Солнце: 70% от его массы составляет водород, 27% – гелий, другие элементы (углерод, кислород, азот, железо, магний и другие) – 2,5%.
Однако, только этой сухой статистикой наши знания, к счастью, не ограничиваются.
Что находится внутри Солнца
Согласно современным расчетам температура в недрах Солнца достигает 15 – 20 миллионам градусов Цельсия, плотность вещества звезды достигает 1,5 грамма на кубический сантиметр.
Источник энергии Солнца – постоянно идущая ядерная реакция, протекающая глубоко под поверхностью, благодаря которой и поддерживается высокая температуру светила. Глубоко под поверхностью Солнца водород превращается в гелий в следствии ядерной реакции с сопутствующим выделением энергии.
“Зона ядерного синтеза” Солнца называется солнечным ядром и имеет радиус примерно 150—175 тыс. км (до 25 % радиуса Солнца). Плотность вещества в солнечном ядре в 150 раз превышает плотность воды и почти в 7 раз – плотность самого плотного вещества на Земле: осмия.
Ученым известны два вида термоядерных реакций протекающих внутри звезд: водородный цикл и углеродный цикл. На Солнце преимущественно протекает водородный цикл, который можно разбить на три этапа:
- ядра водорода превращаются в ядра дейтерия (изотоп водорода)
- ядра водорода превращаются в ядра неустойчивого изотопа гелия
- продукты первой и второй реакции связываются с образованием устойчивого изотопа гелия (Гелий-4).
Каждую секунду в излучение превращаются 4,26 миллиона тонн вещества звезды, однако по сравнению с весом Солнца, даже это невероятное значение так мало, что им можно пренебречь.
Внутреннее строение недр Солнца: ядро, зона конвекции, фото и хромосфера, солнечная корона
Выход тепла из недр Солнца совершается путем поглощения электромагнитного излучения, приходящего снизу и его дальнейшего переизлучения.
Ближе к поверхности солнца излучаемая из недр энергия переносится преимущественно в зоне конвекции Солнца с помощью процесса конвекции – перемешивании вещества (теплые потоки вещества поднимаются ближе к поверхности, холодные же опускаются).
Зона конвекции залегает на глубине около 10% солнечного диаметра и доходит почти до поверхности звезды.
Атмосфера Солнца
Выше зоны конвекции начинается атмосфера Солнца, в ней перенос энергии снова происходит с помощью излучения.
Фотосферой называют нижний слой солнечной атмосферы – видимую поверхность Солнца. Её толщина соответствует оптической толщине приблизительно в 2/3 единицы, а в абсолютных величинах фотосфера достигает толщины 100-400 км. Именно фотосфера является источником видимого излучения Солнца, температура составляет от 6600 К (в начале) до 4400 К (у верхнего края фотосферы).
На самом деле Солнце выглядит как идеальный круг с четкими границами только потому, что на границе фотосферы его яркость падает в 100 раз за менее чем одну секунду дуги. За счет этого края Солнечного диска заметно менее ярки нежели центр, их яркость всего 20% от яркости центра диска.
Хромосфера – второй атмосферный слой Солнца, внешняя оболочка звезды, толщиной около 2000 км, окружающая фотосферу. Температура хромосферы увеличивается с высотой от 4000 до 20 000 К. Наблюдая Солнце с Земли, мы не видим хромосферу из-за малой плотности. Её можно наблюдать только во время солнечных затмений – интенсивное красное свечение вокруг краев солнечного диска, это и есть хромосфера звезды.
Солнечная корона – последняя внешняя оболочка солнечной атмосферы. Корона состоит из протуберанцев и энергетических извержений, исходящих и извергающихся на несколько сотен тысяч и даже более миллиона километров в пространство, образуя солнечный ветер. Средняя корональная температура составляет до 2 млн К, но может доходить и до 20 млн К. Однако, как и в случае с хромосферой – с земли солнечная корона видна только во время затмений. Слишком малая плотность вещества солнечной короны не позволяет наблюдать её в обычных условиях.
Солнечная корона во всей красе видна только по время солнечных затмений
Солнечный ветер
Солнечный ветер – поток заряженных частиц (протонов и электронов), испускаемых нагретыми внешними слоями атмосферы звезды, который простирается до границ нашей планетарной системы. Светило ежесекундно теряет миллионы тонн своей массы, из-за этого явления.
Около орбиты планеты Земля скорость частиц солнечного ветра достигает 400 километров в секунду (они перемещаются по нашей звездной системе со сверхзвуковой скоростью), а плотность солнечного ветра от нескольких до нескольких десятков ионизированных частиц в кубическом сантиметре.
Именно солнечный ветер нещадно “треплет” атмосферу планет, “выдувая” содержащиеся в ней газы в открытый космос, он же во многом ответственен за “хвосты” комет. Противостоять солнечному ветру Земле позволяет магнитное поле планеты, которое служит невидимой защитой от солнечного ветра и препятствует оттоку атомов атмосферы в открытый космос. При столкновении Солнечного ветра с магнитным полем планеты происходит оптическое явление, которое на Земле мы называем – полярное сияние, сопровождаемое магнитными бурями.
Впрочем, неоспорима и польза солнечного ветра – именно он “сдувает” из Солнечной системы и космическую радиацию галактического происхождения – а следовательно оберегает нашу звездную систему от внешних, галактических излучений.
Глядя на красоту полярных сияний, трудно поверить, что эти всполохи – видимый признак солнечного ветра и магнитосферы Земли
Источник
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