Размер Солнца
Солнце одно из значимых светил в рамках галактики Млечный путь и единственным в нашей Солнечной системе. Вокруг него происходит постоянное обращение прочих объектов в виде планет, спутников, карликовых небесных тел, астероидов, метеоритов, комет, пыли космической. Среди обывателей возникает вопрос, каков размер Солнца, наверняка это гигантский шар, превышающий Землю в несколько раз. Ответ на него будет рассмотрен в статье.
Общие описательные характеристики
В соответствии со спектральной классификацией наше естественное светило относится к группе жёлтых карликов. Оно имеет следующие показатели:
- тип объекта – G2V;
- среднее значение плотности приравнивается к отметке в 1,4 грамма на кубический сантиметр, а это в 1,4 раза больше, нежели у воды;
- эффективный показатель температуры солнечной поверхности – 5 780 К, в связи с этим, объект имеет практически белое свечение, однако околоземной поверхности оно становится жёлтым по причине чрезмерного рассеяния и поглощения определённой части спектра с короткими волнами;
- в составе объекта присутствует водород (92% от объёма), гелий (7%), железо, сера, углерод, кремний и т. д.;
- в составе солнечного спектра присутствуют линии металлов, которые являются ионизированными и нейтральными, а также гелия, водорода;
- количество светил во всей галактике – 100-400 млрд единиц, и 85% от их числа являются звёздами менее яркими, нежели Солнца.
Солнечное излучение выступает в качестве базового источника энергетической силы на планете Земля. Излучение, пробираясь через земную атмосферу, утрачивает энергию в величине 370 Ватт на квадратный метр.
Изображение поверхности и короны Солнца, полученное Солнечным оптическим телескопом (SOT) на борту спутника Hinode. Получено 12 января 2007 года.
Масса
Размер Солнца, определяется значением его массы, которое составляет 1,98892 *10 30 кг. Если написать это значение, используя нули, их суммарное количество получится равным 25. А это в 333 тысячи раз больше, чем Земля, в 1048 – чем Юпитер, в 3 498 – чем Сатурн. Практические наблюдения показывают, что с течением времени размер Солнца уменьшается. Связано это явление с двумя факторами:
- реакции, протекающие в ядерной части, способствующие преобразованию водородных атомов в гелий;
- наличие солнечного ветра, выдувающего протоны и электроны во внешнее космическое пространство.
Физические характеристики Солнца
Диаметр
Диаметр Солнца составляет 1,391 млн км или 870 тыс. миль. Если рассмотреть сравнение с Землёй, получится число 109, с Юпитером – 9,7. Несмотря на эти огромные размеры, диаметр Солнца намного меньше, нежели этот же показатель у других светил. К примеру, если сравнивать его с самой крупной звездой, получится, что диаметр Солнца в 2 100 раз меньше.
Радиус
Радиус Солнца равен 695, 5 тыс. км. Это значение измеряется от точной центральной части до поверхности. Это такое же значение, что получается при измерении от центра до экватора или от центра до полюсов Солнца. Однако с другими объектами стоит соблюдать осторожность, так как скорость их вращения оказывает воздействие на радиус. Радиус Солнца, если считать его в милях, составляет 432 000 единиц. В сравнении с планетой Земля он превосходит её ровно в 109 раз.
Чтобы сделать один оборот вокруг собственной оси, светилу потребуется 25 дней, ведь его вращение является крайне медленным. Тем не менее, светило не сплюснуто, а дистанция от центральной части до полюсов является такой же, что и удалённость между центром и экватором. Исследования и гипотезы учёных гласят, что в других галактиках есть звёзды, существенно отличающиеся от Солнца.
Корональные выбросы массы на Солнце. Струи плазмы вытянуты вдоль арок магнитного поля
К примеру, светило ACHERNAR является на 50% сплюснутым и располагается в зоне созвездия ERIDANUS. То есть его расстояние от полюсов представляет собой половину отдалённости от экваториальной части. В сравнении с такими объектами Солнце выглядит как идеальная сфера, а не как игрушка «волчок».
Астрономами, радиус Солнца используется в сравнения размерных показателей звёзд и прочих астрономических объектов. К примеру, звезда, имеющая два солнечных радиуса, обладает размерами, которые в 10 раз больше в сравнении с Солнцем. В свою очередь, полярная звезда является наиболее крупной, а в связи с приближённостью к северному астрономическому полюсу она считается текущей и применяется в целях навигации. Она содержит в себе 30 солнечных радиусов.
Сириус – самое яркое светило, которое можно заметить на ночном небе, занимает второе место по показателю светимости. Выделяется он по причине крупных размеров. На самом деле, объект является бинарной, а его радиус равен 1,711 солнечных значений.
Гравитация
Масса нашей единственной звезды огромна, поэтому сила гравитации также является внушительной. По факту вес в 333 000 раз выше, чем у Земли. Не стоит принимать во внимание тот факт, что температурное значение поверхности составляет 5 800 Кельвин, а в составе преобладает водород. Что можно было бы почувствовать, пройдясь по солнечной поверхности, в этом случае? Особенно, если учесть, что гравитация в 28 раз выше, нежели у Земли.
Говорить простыми словами, при «земном» весе, равном 100 кг, на Солнце это ощущалось бы как 2 800 кг. Разумеется, пройтись по поверхности нашей звезды нереально! Гравитационная сила светила является объектом притяжения всей массы в совершенную среду. По мере приближения к ядру температура и давление повышаются настолько сильно, что возникает вероятность ядерного синтеза.
Источник
Линейный радиус солнца это
Основные характеристики Солнца
Солнце — лишь одна из бесчисленного множества звезд, существующих в природе. Благодаря близости Земли к Солнцу мы имеем возможность изучать происходящие на нем процессы и по ним судить об аналогичных процессах в звездах, непосредственно не видимых из-за колоссального их удаления.
Шарообразное Солнце представляется нам светящимся диском. Видимая поверхность Солнца называется фотосферой, ее радиус считается радиусом Солнца. На среднем расстоянии от Солнца до Земли (а0 = 1 а. е.), угол, под которым виден радиус фотосферы θ = 16′, поэтому линейный радиус Солнца R
= а0 • sin θ = 1,5 • 10 8 км • 0,00465 = 700 000 км, что в 109 раз превышает радиус Земли.
Масса Солнца определяется по движению Земли вокруг Солнца и третьему обобщенному закону Кеплера, согласно которому (если пренебречь массой планеты по сравнению с массой Солнца М)
В этой формуле а = а0, G = 6,67 • 10 -11 м 3 /кг • с 2 — гравитационная постоянная, Т = Т0 = 365,25 сут. — период обращения Земли вокруг Солнца. Так как 1 сут. = 1440 мин = 86 400 с, то Т0 = 365,25 • 86 400 = 3,2 • 10 7 с.
Ускорение свободного падения на поверхности Солнца в 28 раз больше, чем на поверхности Земли, и равно 274 м/с 2 .
На фотографических снимках Солнца часто видны темные пятна, возникающие в его фотосфере. Если в течение нескольких дней следить за пятнами, то можно заметить их перемещение, что указывает на вращение Солнца вокруг оси. Такие наблюдения показали, что Солнце вращается не как твердое тело. Период его обращения вокруг оси вблизи экватора составляет 25 сут., а вблизи полюса — 30 сут. Линейная скорость вращения Солнца на экваторе составляет 2 км/с.
Измерение освещенности, которую создает Солнце на Земле, показало, что на земную поверхность площадью в 1 м 2 , расположенную перпендикулярно к солнечным лучам, ежесекундно поступает от Солнца энергия, равная 1370 Дж. Эта величина получила название солнечной постоянной E = 1,37 кВт/м 2 . По ней нетрудно рассчитать светимость Солнца L, или мощность солнечного излучения — энергию, излучаемую Солнцем за 1 с со всей его поверхности. Для этого достаточно умножить солнечную постоянную на площадь поверхности сферы, в центре которой находится Солнце, радиус которой равен расстоянию от Земли до Солнца а0 = 1,5 • 10 11 м. Так как площадь поверхности сферы радиусом а0 равна S = 4πR 2 , где π = 3,14, то светимость Солнца
L = SE = 4 • 3,14 (1,5 • 10 11 м) 2 • 1,37 • 10 3 Вт/м 2 = 4 • 10 26 Вт.
На долю Земли приходится всего лишь одна двухсотмиллиардная доля энергии, излучаемой Солнцем, но и ее достаточно для расцвета и многообразия жизни на нашей планете.
Судить о температуре Солнца (и звезд) мы можем только по его (их) излучению. Солнце является источником излучения различных длин волн — от длинноволнового радио- до коротковолнового рентгеновского и гамма-излучения. В спектре Солнца в видимом диапазоне длин волн, полученном с помощью спектрографа, видно, что на фоне непрерывного спектра видны линии поглощения различных химических элементов.
По наличию спектральных линий астрономы определяют химический состав Солнца. Оказалось, что Солнце почти на 71% состоит из водорода, 27% составляет гелий, на остальные химические элементы приходится около 2% массы.
Астрономы предполагают, что излучение Солнца близко по своим характеристикам к излучению абсолютно черного тела, законы излучения которого хорошо известны.
Согласно закону Вина длина волны, на которую приходится максимум излучения нагретого тела λmах, связана с температурой Т формулой
Максимум излучения Солнца приходится на длину волны λmах = 4,8 • 10 -7 м, следовательно, температура Солнца должна быть
Другой метод оценки температуры основан на законе Стефана — Больцмана.
Закон Стефана — Больцмана:
Мощность излучения i с квадратного метра поверхности абсолютно черного тела пропорциональна четвертой степени его абсолютной температуры Т.
i = σТ 4
где σ = 5,67 • 10 -8 Вт/(м 2 • К) — постоянная величина.
Единица измерения мощности излучения — Вт/м 2 .
Так как площадь солнечной поверхности S = 4πR 2 , то светимость Солнца
L = iS = σТ 4 πR 2 = 4 • 10 26 Вт.
Отсюда следует, что температура солнечной фотосферы 
Подставляя в эту формулу указанные выше значения, получим, что T = 5800 К, что мало отличается от результата, полученного по закону Вина. Обычно среднюю температуру солнечной фотосферы считают близкой к 6000 К.
Строение солнечной атмосферы
Все виды излучений, которые мы воспринимаем от Солнца, образуются в его самых верхних слоях, в атмосфере. Самый глубокий и плотный слой атмосферы — фотосфера — имеет толщину около 200 км, плотность вещества в ней составляет 10 -5 кг/м 3 , что значительно меньше плотности земной атмосферы. Несмотря на малое значение толщины и плотности, фотосфера непрозрачна для всех видов излучений, образующихся в более глубоких слоях Солнца, поэтому мы не можем заглянуть в его подфотосферные слои.
В фотосфере видна зернистая структура, получившая название грануляции. Характерные угловые размеры гранул, напоминающих по виду рисовые зерна, составляют 1—2′, но линейные их размеры достигают тысяч и более километров. Наблюдения показывают, что грануляция находится в непрерывном движении и изменении. Гранулы живут от 5 до 10 мин, а потом на их месте появляются новые. В центре более яркой и горячей части гранулы происходит подъем из-под фотосферы более горячего вещества и опускание под фотосферу более темного и холодного вещества, окаймляющего гранулу. Скорость подъема и опускания газа составляет около 1 км/с, а разница между температурой горячего и холодного вещества близка к 300 К. Таким образом, грануляция на Солнце указывает на то, что энергия в фотосферу поступает из более глубоких и горячих слоев Солнца путем конвекции.
На ярком фоне фотосферы наблюдаются темные пятна. Размеры солнечных пятен могут превышать 10 000 км! Такие крупные пятна хорошо видны даже невооруженным глазом (конечно, только сквозь темный светофильтр).
На фоне ослепительно яркой фотосферы пятно кажется нам черным. Однако измерения показали, что яркость пятен в 5—10 раз меньше яркости окружающей фотосферы, а их реальный цвет — красноватый. По этим измерениям оказалось, что температура пятен около 4000 К.
Наблюдения показали наличие сильного магнитного поля в пятнах. В некоторых пятнах магнитная индукция достигает 0,5 Тл, в то время как в среднем в фотосфере она составляет 10 -4 —10 -5 Тл.
Внешняя часть солнечной атмосферы — корона имеет вид лучистого жемчужного сияния, яркость которого в миллион раз меньше яркости фотосферы. Солнечная корона прослеживается до расстояний в десять и более радиусов Солнца.
Солнечная корона нагрета до температуры около 2 • 10 6 К. При такой температуре вещество короны представляет собой полностью ионизованную плазму, излучающую в рентгеновском диапазоне. И действительно, при наблюдениях в рентгеновские телескопы, которые установлены на космических астрономических обсерваториях за пределами земной атмосферы, солнечная корона представляется в полной красе, в то время как поверхность Солнца (фотосфера) практически не видна.
Во время полных солнечных затмений на краю Солнца, во внутренних слоях солнечной короны, наблюдаются протуберанцы — струи горячего вещества, имеющие вид выступов и фонтанов. Некоторые из них — спокойные протуберанцы — в течение многих часов висят над солнечной поверхностью, другие — эруптивные (взрывные) — внезапно с огромной скоростью взлетают над поверхностью, быстро поднимаются до высоты в десятки и даже сотни тысяч километров и так же быстро падают вниз.
Из короны в межпланетное пространство истекает непрерывный поток частиц (протонов, ядер гелия, ионов, электронов), называемый солнечным ветром. Частицы солнечного ветра покидают солнечную корону со скоростью около 800 км/с, поэтому солнечное притяжение не может их удержать. Вблизи Земли скорость солнечного ветра достигает 500 км/с.
Солнечная активность
Количество солнечных пятен меняется с периодом около 11 лет. На рисунке показано наблюдаемое изменение числа пятен на Солнце с начала XVII в. Когда наблюдается максимальное число пятен, то говорят о максимуме солнечной активности. В годы максимума солнечной активности значительно возрастает число мощных протуберанцев, в такт с солнечной активностью меняется и форма солнечной короны. Одним из самых значительных проявлений солнечной активности являются солнечные вспышки, во время которых выделяется колоссальная энергия — в течение десятка минут выделяется энергия до 10 25 Дж. Наблюдения со спутников установили, что во время солнечных вспышек происходит резкое увеличение ультрафиолетового излучения, появляется мощное рентгеновское и гамма-излучение. Датчики быстрых заряженных частиц, установленные на искусственных спутниках, показали, что при мощных солнечных вспышках в межпланетное пространство выбрасываются с огромными скоростями, иногда доходящими до 100 000 км/с, мириады частиц, обладающих большой кинетической энергией и получивших название солнечных космических лучей. Их основной состав — ядра атомов водорода, гелия, а также электроны.
Вспышки и другие проявления солнечной активности оказывают значительное влияние на физические условия в земной атмосфере и околоземном космическом пространстве и, как следствие, на биологические явления.
Астрономы не только взвесили Солнце, но и измерили температуру его поверхности и светимость. Наземные и космические исследования позволили изучить солнечную атмосферу и обнаружить проявления солнечной активности.
Астрономия. 11 класс — Конспекты по учебнику «Физика-11» (Мякишев, Буховцев, Чаругин) — Класс!ная физика
Источник