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
Основное состояние вещества солнца
Мы уже сказали, что Солнце – это огромный раскаленный газовый шар. Но насколько раскаленный? И в каком состоянии находится тогда газ на Солнце?
Во-первых, выясним, какую энергию ε излучает единица солнечной поверхности в единицу времени. Зная светимость Солнца 
и его радиус, имеем:
По закону Стефана–Больцмана ε = σT 4 , где σ = 5,67·10 –8 Вт/(м 2 ·К 4 ). Тогда
Подставив в формулу числовые значения, получим, что T = 5800 К, если принять, что Солнце излучает как абсолютно черное тело.
Абсолютно черное тело есть некоторое идеальное тело, которое как источник излучения характеризуется максимальным теоретически возможным при данной температуре излучением; с другой стороны, как поглотитель энергии, оно характеризуется способностью полного поглощения всех без исключения падающих на него лучей. Для абсолютно черного тела справедлив закон Стефана–Больцмана, а распределение энергии в его спектре описывается законом Планка.
Все реальные тела, включая Солнце и другие звезды, лишь с определенной степенью точности можно принимать за абсолютно черные тела. Энергия, излучаемая Солнцем и другими источниками излучения, зависит от длины волны и выражается законом Вина:
где λ – длина волны в метрах, T – абсолютная температура в Кельвинах. Максимум излучения Солнца приходится на длину волны λmax = 4,7·10 –7 м. Отсюда и желтый цвет Солнца.
Вещество на Солнце находится в газообразном состоянии, причем при температуре поверхности порядка 6000 К атомы многих химических элементов ионизованы. Внутри Солнце нагрето до температур порядка 15 млн кельвинов, а с возрастанием температуры растет и ионизация атомов. Поэтому состояние, в котором находится вещество на Солнце – это плазма, а Солнце – раскаленный плазменный шар.
Источник
Из чего состоит Солнце
С Земли, Солнце выглядит как гладкий огненный шар, и до открытия комическим кораблём Galileo пятен на Солнце, многие астрономы считали, что оно идеальной формы без дефектов. Теперь мы знаем, что Солнце состоит из нескольких слоёв, как и Земля, каждый из которых выполняет свою функцию. Эта структура Солнца, похожая на массивную печь, является поставщиком всей энергии на Земле, необходимой для земной жизни.
Из каких элементов состоит Солнце?
Если бы у вас получилось разложить звезду на части, и сравнить составные элементы, вы бы поняли, что состав Солнца представляет собою 74% водорода и 24% гелия. Также, Солнце состоит из 1% кислорода, и оставшийся 1% — это такие химические элементы таблицы Менделеева, как хром, кальций, неон, углерод, магний, сера, кремний, никель, железо. Астрономы полагают, что элемент тяжелее гелия – это металл.
Протон-протонный цикл происходящий в недрах Солнца
Как появились все эти элементы Солнца? В результате Большого Взрыва появились водород и гелий. В начале становления Вселенной, первый элемент, водород, появился из элементарных частиц. Из-за большой температуры и давления условия во Вселенной были как в ядре звезды. Позже, водород синтезировался в гелий, пока во Вселенной была высокая температура, необходимая для протекания реакции синтеза. Существующие пропорции водорода и гелия, которые есть во Вселенной сейчас, сложились после Большого Взрыва и не изменялись.
Остальные элементы Солнца созданы в других звездах. В ядрах звезд постоянно происходит процесс синтеза водорода в гелий. После выработки всего кислорода в ядре, они переходят на ядерный синтез более тяжелых элементов, таких как литий, кислород, гелий. Многие тяжелые металлы, которые есть в Солнце, образовывались и в других звездах в конце их жизни.
Образование самых тяжелых элементов, золота и урана, происходило, когда звезды, во много раз больше нашего Солнца, детонировали. За доли секунды образования черной дыры, элементы сталкивались на большой скорости и образовывались самые тяжелые элементы. Взрыв раскидал эти элементы по всей Вселенной, где они помогли образоваться новым звездам.
Наше Солнце собрало в себя элементы, созданные Большим Взрывом, элементы от умирающих звезд и частицы появившихся в результате новых детонаций звезд.
Из каких слоев состоит Солнце
На первый взгляд, Солнце — просто шар, состоящий из гелия и водорода, но при более глубоком изучении видно, что оно состоит из разных слоев. При движении к ядру, температура и давление увеличиваются, в результате этого были созданы слои, так как при различных условиях водород и гелий имеют разные характеристики.
Графическое представление слоев Солнца
Солнечное ядро
Начнем наше движение по слоям от ядра к наружному слою состава Солнца. Во внутреннем слое Солнца – ядре, температура и давление очень высокие, способствующие для протекания ядерного синтеза. Солнце создает из водорода атомы гелия, в результате этой реакции образуется свет и тепло, которые доходят до Земли. Принято считать, что температура на Солнце около 13,600,000 градусов по Кельвину, а плотность ядра в 150 раз выше плотности воды.
Ученые и астрономы считают, что ядро Солнца достигает около 20% длины солнечного радиуса. И внутри ядра, высокая температура и давление способствуют разрыву атомов водорода на протоны, нейтроны и электроны. Солнце преобразовывает их в атомы гелия, не смотря на их свободно плавающее состояние.
Такая реакция называется экзотермической. При протекании этой реакции выделяется большое количество тепла, равное 389 х 10 31 дж. в секунду.
Радиационная зона Солнца
Эта зона берет свое начало у границы ядра (20% солнечного радиуса), и достигает длины до 70% радиуса Солнца. Внутри этой зоны находится солнечное вещество, которое по своему составу достаточно плотное и горячее, поэтому тепловое излучение проходит через него, не теряя тепло.
Внутри солнечного ядра протекает реакция ядерного синтеза – создание атомов гелия в результате слияния протонов. В результате этой реакции происходит большое количество гамма-излучения. В данном процессе испускаются фотоны энергии, затем поглощаются в радиационной зоне и испускаются различными частицами вновь.
Траекторию движения фотона принято называть «случайным блужданием». Вместо движения по прямой траектории к поверхности Солнца, фотон движется зигзагообразно. В итоге, каждому фотону необходимо примерно 200.000 лет для преодоления радиационной зоны Солнца. При переходе от одной частицы к другой частице происходит потеря энергии фотоном. Для Земли это хорошо, ведь мы бы могли получать лишь гамма-излучение, идущее от Солнца. Фотону, попавшему в космос необходимо 8 минут для путешествия к Земле.
Большое количество звезд имеют радиационные зоны, и их размеры напрямую зависит от масштаба звезды. Чем меньше звезда, тем меньше будут зоны, большую часть которой будет занимать конвективная зона. У самых маленьких звезд могут отсутствовать радиационные зоны, а конвективная зона будет достигать расстояние до ядра. У самых больших звезд ситуация противоположная, радиационная зона простирается до поверхности.
Конвективная зона
Конвективная зона находится снаружи радиационной зоны, где внутреннее тепло Солнца перетекает по столбам горячего газа.
Почти все звезды имеют такую зону. У нашего Солнца она простирается от 70% радиуса Солнца до поверхности (фотосферы). Газ в глубине звезды, у самого ядра, нагреваясь, поднимается на поверхность, как пузырьки воска в лампадке. При достижении поверхности звезды, происходит потеря тепла, при охлаждении газ обратно погружается к центру, за возобновлением тепловой энергии. Как пример, можно привезти, кастрюля с кипящей водой на огне.
Поверхность Солнца похожа на рыхлую почву. Эти неровности и есть столбы горячего газа, несущие тепло к поверхности Солнца. Их ширина достигает 1000 км, а время рассеивания достигает 8-20 минут.
Астрономы считают, что звезды маленькой массы, такие как красные карлики, имеющие только конвективную зону, которая простирается до ядра. У них отсутствует радиационная зона, что нельзя сказать о Солнце.
Фотосфера
Единственный видимый с Земли слой Солнца – фотосфера. Ниже этого слоя, Солнце становится непрозрачным, и астрономы используют другие методы для изучения внутренней части нашей звезды. Температуры поверхности достигает 6000 Кельвин, светится желто-белым цветом, видимым с Земли.
Атмосфера Солнца находится за фотосферой. Та часть Солнца, которая видна во время солнечного затмения, называется короной.
Строение Солнца в диаграмме
NASA специально разработало для образовательных потребностей схематическое изображение строения и состава Солнца с указанием температуры для каждого слоя:
- (Visible, IR and UV radiation) – это видимое излучение, инфракрасное излучение и ультрафиолетовое излучение. Видимое излучение – это свет, которые мы видим приходящим от Солнца. Инфракрасное излучение – это тепло, которое мы ощущаем. Ультрафиолетовое излучение – это излучение, дающее нам загар. Солнце производит эти излучения одновременно.
- (Photosphere 6000 K) – Фотосфера – это верхний слой Солнца, поверхность его. Температура 6000 Кельвин равна 5700 градусов Цельсия.
- Radio emissions (пер. Радио эмиссия) – Помимо видимого излучения, инфракрасного излучения и ультрафиолетового излучения, Солнце отправляет радио эмиссию, которую астрономы обнаружили с помощью радиотелескопа. В зависимости от количества пятен на Солнце, эта эмиссия возрастает и снижается.
- Coronal Hole (пер. Корональная дыра) – Это места на Солнце, где корона имеет небольшую плотность плазмы, в результате она темнее и холоднее.
- 2100000 К (2100000 Кельвин) – Радиационная зона Солнца имеет такую температуру.
- Convective zone/Turbulent convection (пер. Конвективная зона/Турбулентная конвекция) – Это места на Солнце, где тепловая энергия ядра передается с помощью конвекции. Столбы плазмы доходят до поверхности, отдают своё тепло, и вновь устремляются вниз, чтоб вновь нагреться.
- Coronal loops (пер. Корональные петли) – петли, состоящие из плазмы, в атмосфере Солнца, движущиеся по магнитным линиям. Они похожи на огромные арки, простирающиеся от поверхности на десятки тысяч километров.
- Core (пер. Ядро) – это солнечное сердце, в котором происходит ядерный синтез, при помощи высокой температуры и давления. Вся солнечная энергия происходит из ядра.
- 14,500,000 К (пер. 14,500,000 Кельвин) – Температура солнечного ядра.
- Radiative Zone (пер. Радиационная зона) – Слой Солнца, где энергия передается при помощи радиации. Фотон преодолевает радиационную зону за 200.000 и выходит в открытый космос.
- Neutrinos (пер. Нейтрино) – это ничтожно маленькие по массе частицы, исходящие из Солнца в результате реакции ядерного синтеза. Сотни тысяч нейтрино проходят через тело человека ежесекундно, но никакого вреда нам не приносят, мы их не чувствуем.
- Chromospheric Flare (пер. Хромосферная вспышка) – Магнитное поле нашей звезды может закручиваться, а потом резко разрывается в различных формах. В результате разрывов магнитных полей появляются мощные рентгеновские вспышки, исходящие из поверхности Солнца.
- Magnetic Field Loop (пер. Петля магнитного поля) – Магнитное поле Солнца находится над фотосферой, и видно, так как раскаленная плазма движется по магнитным линиям в атмосфере Солнца.
- Spot– A sunspot (пер. Солнечные пятна) – Это места на поверхности Солнца, где магнитные поля проходят через поверхность Солнца, и на них температура ниже, часто в виде петли.
- Energetic particles (пер. Энергичные частицы) – Они исходят из поверхности Солнца, в результате создается солнечный ветер. В солнечных бурях их скорость достигает скорости света.
- X-rays (пер. Рентгеновские лучи) – невидимые для глаза человека лучи, образующиеся во вспышек на Солнце.
- Bright spots and short-lived magnetic regions (пер. Яркие пятна и недолгие магнитные регионы) – Из-за перепада температур на поверхности Солнца появляются яркие и тусклые пятна.
Источник