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
Химический состав Солнца
С земной поверхности наше светило выглядит как яркий шар идеальной формы. До официального открытия на нём пятен астрономы были уверены в том, что объект не имеет дефектов. Однако впоследствии было выяснено, что звезда имеет несколько слоёв, как и Земля. Каждому из них присваивается своя опция. Особого внимания также заслуживает химический состав Солнца.
Химические элементы
Если бы человечество могло разложить эту звезду по частям и произвести сравнение составных элементов, получилась бы следующая картина:
- 74% приходится на водород;
- 24% — на гелий;
- 1% — на кислород;
- 1% — на прочие химические вещества.
К прочим элементам относится, например, кальций, неон, хром. Также в составе присутствует в незначительном количестве сера, кремний, магний, железо и т. д.
Состав фотосферы Солнца
Теория появления нынешнего состава
Вследствие Большого взрыва возник гелий и водород. На первых этапах становления космического пространства произошло возникновение водорода из элементарных частиц. Ввиду высокой температуры и немалого давления условия во Вселенной были примерно такими же, как в звёздном ядре. Впоследствии водород синтезировался в гелий, и возникли пропорции, которые сохранились до настоящего времени.
Что касается прочих элементов светила, их создание произошло в прочих звёздах. Дело в том, что в их ядерных частях наблюдается постоянный синтез водорода в гелий. Вследствие выработки всего кислородного вещества в ядре наблюдается их переход на ядерный синтез веществ с относительно большой массой. Например, лития, гелия, кислорода. Множество тяжёлых металлов, образовавшихся на Солнце, присутствует в прочих звёздах на завершающих этапах их жизней.
Интересен химический состав Солнца ещё и потому, что другие вещества в нём образовались иным способом. Например, самые тяжёлые элементы (уран, золото) появились в процессе детонирования светил, превышающих Солнце по размеру. За очень короткое время (буквально доли секунды) появления черной дыры элементы сталкивались между собой, что приводило к появлению новых веществ. После взрыва они были разбросаны по Вселенной, из-за этого и образовались новые светила.
Строение Солнца. В центре Солнца находится солнечное ядро. Фотосфера — это видимая поверхность Солнца, которая и является основным источником излучения. Солнце окружает солнечная корона, которая имеет очень высокую температуру, однако она крайне разрежена, поэтому видима невооружённым глазом только во время полного солнечного затмения.
Солнечные слои
Химический состав Солнца вызывает среди учёных немало вопросов. В частности, они связаны со слоями, которые в него входят. На первый взгляд, светило кажется обычным шаром с водородом и гелием. Но если изучить его строение и свойства более глубоко, можно обнаружить, что в составе присутствует несколько ярусов. По мере приближения к ядру происходит повышение температуры и давления. Вследствие этого произошло формирование слоёв, ведь при разных условиях основные вещества различны по характеристикам.
В нём наблюдается высокий температурный режим и давление. Это приводит к благоприятным условиям для синтеза. Здесь же формируются атомы гелия, образуется тепловая, световая энергия, доходящая до Земли.
Зона радиации
Начинается она у границы ядра и составляет 70% от радиуса звезды. Внутри неё присутствует особое вещество высокой плотности и температуры. Здесь же наблюдается реакция ядерного синтеза, вследствие которой формируются атомы гелия.
Конвективная зона
Располагается она снаружи области радиации. В ней внутреннее солнечное тепло перетекает по столбам горячего газа. Такая зона присутствует практически у всех звёзд. Например, у Солнца она простирается от 70%. У некоторых светил, где есть эта зона, может отсутствовать радиационная часть (обычно это карлики).
Фотосфера
Этот слой единственный, который можно увидеть с Земли. После него прозрачность утрачивается, поэтому специалисты астрономической науки вынуждены использовать для изучения внутренней части другие способы.
Таким образом, химический состав Солнца, несмотря на относительно большое количество полученных данных, является изученным не до конца.
Источник
Исследование Солнца
Долгие тысячелетия Солнце было объектом поклонения и главной фигурой в мифах и легендах. Многие культуры считали его сверхъестественным или божественным по природе. Давайте проследим за историей исследования Солнца. Ранние записи о единственной звезде Солнечной системы встречаются в протоиндоевропейской мифологии, где Солнце показано в виде восходящей к небу колеснице. В германской мифологии эта колесница называлась Сол, у ведов – Сурья, а у норвежцев – Сольвенен.
Позолоченная сторона щита в норвежской солнечной колеснице
В Месопотамии Солнце называли Уту – бог справедливости и потомок Луны. У вавилонян и ассирийцев – Шамас. В Египте – Ра, поклонение которому распространилось по всему царству с 25-го века до н.э.
В Новом Свете инки, майя и ацтеки полагали, что Солнце нуждается в человеческих жертвах. У ацтеков это был бог войны, а у греков – Гелиос, который также путешествовал на колеснице по небу.
Божество Сол на монетке римского императора Константина I (примерно 315 г. н.э.)
У римлян это был Сол, лик которого изображали на монетках в 3-м веке н.э. 25 декабря праздновали рождение Солнца. В Китае его считали мудрым дедушкой, правящем в Солнечном Дворце.
Поклонение Солнцу включало и создание храмов и дворцов в его честь. К примеру, в Египте, Мальте, Англии и Ирландии еще остались каменные мегалиты, созданные для определения летнего и зимнего солнцестояний. Стоит отметить, что все это в определенном смысле первобытные методы исследования Солнца, где звезду ассоциировали с богом, а не стандартным небесным телом. Следует переместиться дальше и увидеть, как выглядели научные методы исследования.
Люди наблюдали все внимательнее и начали появляться первые научные концепции. В 1-м тысячелетии до н.э. вавилонские мудрецы отметили, что перемещение звезды по эклиптике лишено однородности. Позже мы поймем, что все дело в движении планеты Земля.
Иллюстрация геоцентрической системы Птолемея, созданная Бартоломеу Велью в 1568 году
В 5-м веке до н. э. Анаксагор говорит, что Солнце – огненный шар, чей свет отражается от Луны. В 3-м веке до н. э. Эрастофен предлагает первую дистанцию Солнца от Земли – 148-153 млн. км. В это же время Аристарх Самосский считает, что Солнце находится в центре Вселенной, а планеты совершают обороты вокруг него. Позже эту точку зрения поддержат исламские и индийские астрономы.
В 1032 году Ибн Сина наблюдает за транзитом Венеры и понимает, что планета находится ближе к Солнцу, чем мы. Солнечные пятна отобразили и задокументировали в Китае в 206 г. до н. э.
Пластина с солнечными пятнами, созданная в 1612 году
Революционной для понимания Солнечной системы и места в ней Земли и других планет стала модель Николая Коперника (гелиоцентрическая модель мира), где Солнце находилось в центре Вселенной. Появление в 17-м веке телескопа помогло отобразить первые детали звезды и планет. В 1672 году Кассини смог вычислить дистанцию к Марсу, что помогло определить точную отдаленность от Солнца. Согласитесь, что в этих работах прослеживается больше научных методов, чем в период обожествления.
В 1666 году Исаак Ньютон первым наблюдал за солнечным светом через призму и доказал, что видит несколько цветов. В 1800 году Уильям Гершель открыл инфракрасное излучение. Спектроскопические исследования начали зарождаться в 19 веке на основе изучения светового звездного спектра.
Солнце, наблюдаемое в EUV между минимумом (слева) и максимумом (справа)
Еще одним этапом в изучении стало развитие термодинамики, где главным вкладчиком выступил Уильям Томпсон. Он предложил, что Солнце – постепенно остывающее жидкое тело, излучающее внутренний тепловой запас.
Герман фон Гельмгольц предложил возраст звезды в 20 млн. лет, что не сходилось с земным возрастом (тогда считали 300 млн. лет). В 1920 году Артур Эддингтон сообщил, что давление и температура в ядре способны привести к слиянию, что и вызывает выработку энергии.
Исследование
Давайте рассмотрим новые современные исследования Солнца. Космическая эпоха 20-го века помогла ответить на большую часть вопросов. В 1959-1968 гг. к Солнцу направились первые спутники – Пионеры 5, 6, 7, 8 и 9. Они сумели получить первые данные о солнечном ветре и магнитном поле.
В 1970-х гг. стартуют Гелиос 1 и 2, остановившиеся на орбитальном пути Меркурия и получившие обновленные и более точные сведения о ветре и короне. В 1973 году появляется космическая станция Skylab, использующая для изучения солнечную обсерваторию Аполлон.
В 1980-м году начали изучать гамма, рентгеновские и УФ-лучи. В 1991 года Япония запускает спутник Yohkoh, который до 2001 года наблюдал за вспышками. Наконец в 1995 году появляется космическая обсерватория SOHO. Она установилась в точке Лагранжа и функционировала до появления в 2010-м SDO. В 2006 году для наблюдений отправили STEREO.
Но это не последние миссии. Солнце крайне важно, потому что от его активности зависит комфорт и возможность нашего выживания, а также космическая погода. В 2017 ЕКА планирует отправить Solar Orbiter, который установится на дистанции в 0.28 а. е. к звезде и будет фиксировать ее перемены. В 2018 году может стартовать зонд Plus НАСА, который подойдет на 8.5 солнечных радиусов и будет заниматься измерением частичек и энергии солнечной короны.
Не будем забывать, что кроме энергии и тепла, Солнце щедро поливает нас радиацией, от которой спасает только земное магнитное поле. Но Земле повезло с позицией, поэтому звезда стала источником жизни, который периодически пытается нас убить. Ниже можно ознакомиться со знаменательными датами изучения Солнца.
Космические аппараты, исследовавшие Солнце
- 150 г. до н.э. – Птолемей создает «Альмагест», в котором описывает модель нашей системы. Она считалась верной до 16 века;
- 1543 г. – Николай Коперник демонстрирует работу «Революции небесных тел», в которой продвигает гелиоцентрическую (Солнце в центре) модель;
- 1610 г. – Галилео Галилей и Томас Харриот отдельно наблюдают за солнечными пятнами в телескопы;
- 1645-1715 гг. – Активность солнечных пятен не сократилась, что могло привести к небольшому ледниковому периоду. Обычно замершие реки оставались жидкими круглый год на более низких высотах;
- 1814 г. – Обнаружение спектральных линий на Солнце. Стали отпечатками элементов в 1859 году;
- 1826-1843 гг. – Официальное признание существования цикла солнечных пятен;
- 8 июля 1842 г. – Первый ИК-обзор солнечной короны, выполненный в период полного затмения в Милане;
- 1848 г. – Солнечные пятна отображают более прохладную температуру, чем остальная фотосфера;
- 1 сентября 1859 г. – Первый обзор вспышки и ее геомагнитных эффектов на Земле;
- 18 июля 1860 г. – Первый зарегистрированный выброс корональной массы, зафиксированный в момент затмения;
- 1942 г. – Впервые заметили солнечное радиоизлучение;
- 1946 г. – Первый ракетный обзор нашей звезды;
- 7 марта 1962 г. – НАСА отправляет орбитальную солнечную обсерваторию (OSO-1);
- 1973-1974 гг. – Команда Skylab использует телескоп Аполлон для многоспектрального солнечного анализа с земной орбиты;
- 1994 г. – Первая миссия (Улисс) по изучению космического пространства выше и ниже солнечных полюсов;
- 26 июня – 5 ноября 1994 г. – Улисс выполняет первые наблюдения за солнечными полярными участками;
- 8 сентября 2004 г. – Аппарат Генезис доставляет образцы солнечного ветра, собранные на удаленности в 1.5 млн. км;
- 23 апреля 2007 г. – Аппарат STEREO создал первые 3D-изображения Солнца;
- Февраль 2010 г. – Обсерватория Солнечной Динамики приступает к изучению формирования солнечной активности и космической погоды через вычисление внутреннего звездного пространства, магнитного поля, раскаленной плазмы короны и уровня яркости;
- 6 февраля 2011 г. – Зонд STEREO переходит на противоположную солнечную сторону, непрерывно передавая обратно снимки;
Источник