Внутреннее строение солнца
Внутреннее строение Солнца можно условно разделить на три зоны по характеру процессов, которые связаны с выделением и передачей энергии.
Солнечное ядро
Ядро – это центральная часть звезды. Оно имеет радиус 150 – 175 тыс. км, что составляет 20 – 25% солнечного радиуса. Ядро, по сути, является термоядерным реактором, ибо реакции такого типа в нём и происходят. Плотность ядра в 150 раз превышает плотность воды, а температура центра его больше 14 000 000° К. Скорость вращения звезды вокруг своей оси в ядре заметно выше, нежели на поверхности. Каждую секунду посредством термоядерной реакции в излучение обращаются 4,26 млн. тонн вещества. Но топлива солнечной кочегарки достаточно для нескольких миллиардов лет работы.
Зона лучистого переноса
В этой зоне перенос энергии происходит главным образом с помощью излучения и поглощения фотонов. При этом направление каждого конкретного фотона, излучённого слоем плазмы, никак не зависит от того, какие фотоны плазмой поглощались, поэтому он может как проникнуть в следующий слой плазмы в лучистой зоне, так и переместиться назад, в нижние слои. Из-за этого промежуток времени, за который многократно переизлучённый фотон (изначально возникший в ядре) достигает конвективной зоны, может измеряться миллионами лет. В среднем этот срок составляет для Солнца 170 тыс. лет
Конвективная зона
Следующую, внешнюю, область Солнца занимает конвективная зона. Ближе к поверхности Солнца температуры и плотности вещества уже недостаточно для полного переноса энергии путём переизлучения. Возникает вихревое перемешивание плазмы, и перенос энергии к поверхности (фотосфере) совершается преимущественно движениями самого вещества.
С одной стороны, вещество фотосферы, охлаждаясь на поверхности, погружается вглубь конвективной зоны. С другой стороны, вещество в нижней части получает излучение из зоны лучевого переноса и поднимается наверх, причём оба процесса идут со значительной скоростью. Такой способ передачи энергии называется конвекцией, а подповерхностный слой Солнца толщиной примерно 200 000 км, где она происходит, — конвективной зоной. По мере приближения к поверхности температура падает в среднем до 5800 К, а плотность газа до менее 1/1000 плотности земного воздуха.
Источник
Внутреннее строение Солнца
Солнце – главная звезда нашей планетарной системы. Несмотря на относительную изученность, это светило вызывает среди учёных немало вопросов. Особого внимания заслуживает внутреннее строение Солнца. Из чего оно состоит, какой структурой и «консистенцией» обладает – будет рассмотрено в статье.
Особенности строения
Современные представления и убеждения гласят о том, что наша звезда включает в свой состав несколько концентрических сфер (областей). Каждая из них наделена своими особенностями. В схематическом разрезе можно увидеть не только внешние характеристики, но и внутренние параметры. Энергетический поток, который освобождается вследствие термоядерных реакций в ядре Солнца, постепенно прокладывает путь к его видимой зоне.
Её перенос, в свою очередь, происходит за счёт определённых процессов. Считается, что в ходе их протекания атомами поглощается, а затем повторно излучается и рассеивается излучение. То есть речь идёт о лучевом способе. После прохождения 80% пути, начиная от ядра и заканчивая поверхностью, газ утрачивает свойства стойкости. Поэтому впоследствии происходит перенос энергии посредством конвекции по направлению к видимой солнечной поверхности. По итогу он попадает в атмосферную часть.
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.
Описание и характеристики
Внутреннее строение Солнца является слоистым или оболочечным. Оно включает в себя одновременно несколько областей. В центральной части располагается массивная ядерная часть, за ней идёт зона лучевого переноса энергетического потока, после этого следует конвективная область, и, в конечном счёте, атмосфера. Некоторые исследователи отмечают, что Солнце внутри включает в себя ещё и внешние области. Это корона, хромосфера, фотосфера. Однако другие астрономы к строению звезды относят исключительно корону и хромосферу.
Основные зоны Солнца
Чтобы иметь представление о том, каким является внутреннее строение Солнца, стоит остановиться на каждом его слое более подробно.
Это центральная область нашего светила. Она обладает радиусом, равным 150-175 тысяч километров. А это – порядка 20 или даже 25% всего солнечного радиуса. По сути, ядерная зона представляет собой реактор термоядерного типа, потому что в нём происходят одноимённые реакции. Изучая слои Солнца, в частности – ядро, можно отметить, что его плотность в 150 раз выше, чем у воды, а температурное значение превышает отметку в 14 000 000 Кельвинов.
Что касается «скоростного режима», в котором звезда вращается вокруг собственной оси, в ядерной области он значительно выше в сравнении с тем, что предполагает поверхность Солнца. Ежесекундно за счёт термоядерных явлений в излучение вовлекается 4,26 миллионов тонн всевозможных веществ. Однако топливного ресурса, возникающего за счёт действия звезды, достаточно для того, чтобы энергия «работала» в течение нескольких миллиардов лет.
Территория лучистого переноса
В этой части нашего естественного светила энергия переносится преимущественно посредством излучения и поглощения фотонов. При всем этом направленность каждого элемента, который излучен плазматическим слоем, не зависит от того, какие из них поглощались плазмой, а какие не поглощались. Поэтому есть вероятность проникновения в следующий плазменный слой в лучистой области, а также перемещения вниз, назад.
По описанным причинам временной интервал, за которой фотон, который изначально появился в ядре, достигает конвективной части светила, может составлять миллионы лет. В среднем этот отрезок времени для нашей главной звезды равен около 170 000 лет. По этой причине внутреннее строение Солнца вызывает среди учёных неподдельный интерес и многочисленные вопросы.
Конвективная зона
Следующая часть внешней области светила приходится на конвективную часть. Она располагается максимально близко к такому элементу, как поверхность Солнца. Чем ближе к ней, тем ниже становится плотность и температурный режим. Этих параметров становится недостаточно для того, чтобы в полной мере перенести энергию посредством повторного излучения. Вследствие этого появляется вихрь, в рамках которого плазма перемешивается, а энергии подступает к фотосфере.
По мере того как слои Солнца взаимодействуют между собой, наблюдается следующая картина. Вещество, относящееся к фотосфере, охлаждается на поверхности и погружается в глубину конвективной части. С другой стороны, элемент излучается из области лучевого переноса и впоследствии поднимается вверх. Оба эти процесса протекают достаточно быстро. В результате возникает процесс конвекции. Слой, расположенный под поверхностью, имеет толщину в 200 000 километров. По мере приближения к самой верхней части наблюдается падение температуры до отметки в 5800 К.
Дополнительные слои
Солнце внутри также включает в себя несколько дополнительных слоёв, хотя некоторыми учёными они не рассматриваются всерьёз.
Фотосфера
Это нижний атмосферный слой, находящийся в области плотной массы невидимого газового вещества конвективной области. Образование его произошло вследствие влияния ионизированного газового вещества с температурой до 10 000 К внутри и 5 000 К снаружи. Именно этот нижний атмосферный слой человеческим глазом воспринимается как ярко-жёлтый диск Солнца. А если воздух прозрачный, с помощью телескопа можно отчётливо просмотреть основание. Поверхность обладает зернистой структурой (грануляцией) с поперечниками от 700 до 2 000 км.
Рассматриваемый процесс характеризуется присутствием в нижнем слое газа непрозрачного типа, который выступает в качестве сложного механизма круговоротов, совершаемых вертикально. Образно этот процесс сравнивается с кипением густой жидкости. Получается, что солнечная поверхность, отдающая определённый энергетический поток в космос, представляет собой разреженный газовый слой.
Хромосфера
Солнце внутри также включает в себя хромосферу. Во время протекания полного затмения у крайней части диска можно наблюдать сияние. Это и есть хромосфера. Границы и очертания в ней отсутствуют. Всё, что она собой представляет – это комбинацию большого количества выступов, расположенных в непрерывном положении. Хромосфера на практике сравнивается с горячей степью, а её языки пламенны поперечно достигают размера в 200-2000 км.
Корона
Солнце внутри также состоит из короны. Она представляет собой его внешнюю атмосферную часть. Некоторые астрономы именуют её как атмосфера. Образование произошло за счёт влияния ионизированного газа, который является разреженным. Продолжительность этой области составляет 5 солнечных диаметров, а строение считается лучистым.
Корона имеет примерно такую же яркость, что и у Луны во время полнолуния. Если сравнивать с яркостью светила, эта величина составляет 5/1000000. За счёт внешних слоёв в космос происходит излучение газа – так называемого солнечного ветра. Это второй солнечный поток, образуемый планетами. Именно он выступает в качестве первоисточника полярных сияний на Земле.
Таким образом, Солнце внутри имеет сложное строение и состав и постоянно изучается учёными.
Источник
Модель внутреннего строения Солнца.
В силу сферической симметрии физические свойства Солнца одинаковы на одинаковых расстояниях от центра. В зависисмости от свойств вещества, Солнце можно разделить на 4 слоя.
Центральная область простирается на расстояние до 0,2 радиуса называется ядром. Это зона энерговыделения. Температура в ядре 1,5 . 10 7 К. Давление достигает 3 . 10 11 атм. В этих условиях атомы водорода движутся со скоростями до сотен км/с. При условии высокой плотности (150 г/см 3 ) часто происходят столкновения атомов. Некоторые из таких столкновений приводят к тесным сближениям атомных ядер, необходимым для возникновения ядерных реакций.
Солнечное ядро — это самоуправляемый термоядерный реактор, в котором происходит синтез ядер гелия из ядер водорода (протон-протонный цикл).
Реакция начинается с b-распада одного из двух протонов в момент тесного их сближения:
1 H + 1 H ® 2 D + e + + n + 1,44 МэВ. (происходит 14 . 10 9 лет).
При b-распаде протон превращается в нейтрон с испусканием позитрона e + и нейтрино n. Объединяясь со вторым протоном, нейтрон даёт ядро тяжёлого водорода — дейтерия 2 D. Для каждой пары протонов процесс в среднем осуществляется за 14 млрд. лет, что и определяет медленность термоядерных реакций на Солнце и общую протяжённость его эволюции.
Далее происходят столкновения дейтерия с третьим протоном и образование ядер изотопа 3 Не, которые, объединяясь и испуская два протона, дают ядро обычного гелия.
Масса ядра гелия на 1% меньше массы четырёх протонов. Эта потеря массы называется дефектом массы и является причиной выделения в результате ядерных реакций большого количества энергии в виде g- излучения и испускания нейтрино. При рождении одного ядра гелия выделяется энергия = 4,129 . 10 -5 эрг = 25,8 МэВ.
Нейтрино обладают ничтожной массой покоя, распространяются со скоростью света и на Земле должны составлять поток 10 11 частиц через 1 см 3 за секунду.
Светимость Солнца поддерживается превращением в гелий 600 млн. т водорода.
Основная часть энергии переносится из ядра жёстким электромагнитным излучением, которое миллионы лет диффундирует к поверхностным слоям Солнца. На расстоянии 0,3 радиуса от центра температура становится меньше 5 млн К, давление ниже 10 млрд. атм. и ядерные реакции происходить уже не могут.
Ядро окружено зоной лучистого равновесия, или зоной лучистого переноса энергии. Эта зона простирается на расстояние от 0,2 до 0,7 радиуса.
Энергия ядра к внешним слоям переносится излучением. Электромагнитная волна сама переносит свою энергию. В этой зоне значительная часть движущихся из недр фотонов частично поглощается, частично рассеивается свободными ядрами и электронами, поэтому перенос энергии сопровождается уменьшением средней энергии квантов, а также уменьшением температуры, давления и плотности вещества. Эти слои только передают наружу излучение, выделившееся на большей глубине в виде гамма-квантов, которые поглощаются и переизлучаются отдельными атомами. Вместо каждого поглощённого кванта большой энергии атомы излучают несколько квантов меньших энергий. Поглощая, атом ионизуется или сильно возбуждается и приобретает способность излучать. Однако возвращение электрона на исходный энергетический уровень происходит не сразу, а через промежуточные состояния, при переходах между которыми выделяются кванты меньших энергий. В результате этого происходит дробление жёстких квантов на менее энергичные. Поэтому вместо гамма-лучей излучаются рентгеновские, вместо рентгеновских — ультрафиолетовые, которые в свою очередь уже в наружных слоях дробятся на кванты видимых и тепловых лучей, окончательно излучаемых Солнцем.
На растоянии 0,7 радиуса от центра температурный режим становится таким, что уже могут существовать нейтральные атомы водорода и гелия (Т= . 10 6 К, р=10 6 атм, р= 10 -2 г/см 3 ).
Перенос энергии излучением становится неэффективным. В отдельных объёмах газа температура может возрастать, они становятся более лёгкими и поднимаются вверх, на их место опускаются более холодные массы газа. Возникают крупномасштабные движения вещества — конвекция, которая и является основным механизмом переноса энергии к поверхностным слоям. Эта зона называется конвективной.
Часть энергии при относительном движении потоков плазмы в конвективной зоне превращается в энергию электрических и магнитных полей.
Протяжённость конвективной зоны 1,5 . 10 6 км (0,2 радиуса). Скорость движения вещества значительно возрастает. От нескольких м/с до 3 км/с.
Над конвективной зоной на расстоянии 0,9 радиуса от центра и выше располагается атмосфера.
18.2 Активные образования в атмосфере Солнца: пятна, флокулы, протуберанцы, вспышки.
В солнечной атмосфере возникают и исчезают меняющиеся образования, резко отличающиеся от окружающих невозмущённых областей.
В фотосфере, хромосфере и короне проявления солнечной активности различны. Однако все они связаны общей причиной. Их вызывает магнитное поле, всегда присутствующее в активных областях.
Факелы. В невозмущённых областях фотосферы имеется лишь общее магнитное поле Солнца, напряжённость которого составляет 1 эрстед. В активных областях напряжённость магнитного поля увеличивается в сотни и даже тысячи раз.
Небольшое увеличение магнитного поля до десятков и сотен эрстед сопровождается появлением в фотосфере более яркой области, называемой факелом. В общей сложности факелы могут занимать значительную долю всей видимой поверхности Солнца. Они отличаются характерной тонкой структурой и состоят из многочисленных прожилок, ярких точек и узелков — факельных гранул. Лучше всего факелы видны на краю солнечного диска. Они горячее соседней невозмущённой области на 200 — 300 К и слегка выступают над уровнем невозмущённой фотосферы.
Факелы могут существовать без изменений в течение нескольких недель и месяцев.
Пятна. В областях факелов с наибольшим усилением магнитного поля могут возникать солнечные пятна.
Пятно появляется в виде маленькой поры. Через день пора развивается в круглое тёмное пятно с резкой границей, диаметр которого увеличивается до размеров в несколько десятков тысяч километров.
Всё явление сопровождается плавным увеличением напряжённости магнитного поля, которое в центре крупных пятен достигает нескольких тысяч эрстед. Иногда возникает несколько пятен в пределах небольшой области, вытянутой параллельно экватору — группа пятен. Сильнее всего развиваются два пятна — ведущее (западное) и хвостовое (восточное). Магнитные поля обоих главных пятен всегда обладают противоположной полярностью, поэтому такую группу называют биполярной. Наибольшей величины площадь, занимаемая пятнами достигает на десятый день. После этого пятна начинают постепенно уменьшаться и исчезать. В целом весь процесс занимает около двух месяцев.
В центре пятна яркость меньше всего в 10 раз прилегающей областей фотосферы. Температура в пятне на 2 000 градусов меньше чем в фотосфере.
В конце мая 1995 года учёные Китт-Пикской обсерватории обнаружили в инфракрасных спектрах солнечных пятен линии поглощения водяного пара. Оказалось, что в пятнах существует водяной пар, нагретый до 1000 0 С.
Флоккулы. Хромосфера над пятнами и факелами увеличивает свою яркость. Контраст растёт с высотой. Эти яркие пятна называются флоккулами. Повышенная яркость флоккула можно объяснить увеличением плотности вещества в хромосфере в 3-5 раз при неизменном значении температуры.
Хромосферные вспышки. В хромосфере в области между развивающимися пятнами вблизи границы раздела полярности сильных магнитных полей, наблюдаются хромосферные вспышки. В начале вспышки яркость одного из светлых узелков флоккула внезапно возрастает. За короткое время, около минуты, сильное излучение распространяется вдоль длинного жгута или заливает целую область протяжённостью в десятки тысяч километров. Вспышка бывает заметна в белом видимом свете на фоне фотосферы. Одновременно с видимым излучением растёт интенсивность ультрафиолетовых и рентгеновских лучей, мощность радиоизлучения.
После достижения максимума излучение ослабевает в течение нескольких десятков минут. Эти явления объясняются выделением большого количества энергии в результате неустойчивости плазмы, находящейся в области очень неоднородного магнитного поля. В результате взаимодействия магнитного поля и плазмы значительная часть энергии магнитного поля переходит в тепло, нагревая газ до температуры в десятки миллионов градусов, а также идёт на ускорение облаков плазмы и элементарных частиц.
Весь процесс имеет характер взрыва, сопровождающегося сильным сжатием вещества в некотором объёме хромосферы. Ускоренные в процессе вспышки частицы имеют большие энергии и являются космическими лучами. Их энергия всё же меньше, чем у частиц, приходящих из далёких областей Галактики, поэтому их называют “мягкими” космическими лучами.
Корпускулярные потоки ещё менее энергичных частиц распространяются со скоростями 500-1000 км/с.
Протуберанцы. Активные образования, наблюдающиеся в короне. Это более плотные и холодные облака, светящиеся примерно в тех же спектральных линиях, что и хромосфера. Чаще всего это длинные, очень плоские образования, расположенные почти перпендикулярно к поверхности Солнца. В проекции на солнечный диск протуберанцы видны в виде изогнутых волокон. Это наиболее грандиозные образования в солнечной атмосфере. Их длина достигает сотен тысяч километров, а ширина не выше 6000-10000 км.
Нижние части сливаются с хромосферой, а верхние простираются на десятки тысяч километров в корону.
Через протуберанцы постоянно происходит обмен вещества хромосферы и короны.
Возникновение, развитие и движение протуберанцев тесно связано с эволюцией групп солнечных пятен. На первой стадии развития активной области пятен образуются короткоживущие и быстро меняющиеся протуберанцы вблизи пятен. На более поздних стадиях возникают устойчивые спокойные протуберанцы, существующие без заметных изменений в течение нескольких недель и месяцев, после чего может наступить стадия активизации протуберанца, проявляющаяся в возникновении сильных движений, выбросов вещества в корону и появлении быстро движущихся эруптивных протуберанцев.
Активные области в короне. Внешний вид солнечной короны тесно связан с проявлением активности в более низких слоях атмосферы. Над пятнами наблюдаются характерные образования в виде изогнутых лучей, напоминающие кусты, а также уплотнения коронального вещества в виде округлых облаков — корональные конденсации. Над факелами видны целые системы прямолинейных, слегка волнистых лучей. Протуберанцы обычно бывают окружены дугами и шлемами из уплотнённого вещества короны. все эти образования часто переходят в длинные лучи, простирающиеся на много радиусов Солнца.
Дата добавления: 2014-12-17 ; просмотров: 1833 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ
Источник