Откуда берется энергия Солнца?
Есть одна причина, по которой Земля является единственным местом в Солнечной системе, где существует и процветает жизнь. Конечно, ученые подозревают, что под ледяной поверхностью Европы или Энцелада может тоже существовать микробная или даже водная форма жизни, также ее могут найти и в метановых озерах Титана. Но до поры до времени Земля остается единственным местом, которое обладает всеми необходимыми условиями для существования жизни.
Одна из причин этому заключается в том, что Земля расположена в потенциально обитаемой зоне вокруг Солнца (так называемой «зоне Златовласки»). Это означает, что она находится в нужном месте (не слишком далеко и не слишком близко), чтобы получать обильную энергию Солнца, в которую входит свет и тепло, необходимые для протекания химических реакций. Но как именно Солнце обеспечивает нас энергией? Какие этапы проходит энергия на пути к нам, на планету Земля?
Ответ начинается с того, что Солнце, как и все звезды, может вырабатывать энергию, поскольку является, по сути, массивным термоядерным реактором. Ученые считают, что оно началось с огромного облака газа и частиц (т. е. туманности), которое коллапсировало под силой собственной тяжести — это так называемая теория туманности. В этом процессе родился не только большой шар света в центре нашей Солнечной системы, но и водород, собранный в этом центре, начал синтезироваться с образованием солнечной энергии.
Технически известный как ядерный синтез, этот процесс высвобождает огромное количество энергии в виде тепла и света. Но на пути из центра Солнца к планете Земля эта энергия проходит через ряд важных этапов. В конце концов, все сводится к слоям Солнца, и роль каждого из них играет важную роль в процессе обеспечения нашей планеты важнейшей для жизни энергией.
Ядро Солнца — это область, которая простирается от центра до 20-25% радиуса светила. Именно здесь, в ядре, производится энергия, порождаемая преобразованием атомов водорода (H) в молекулы гелия (He). Это возможно благодаря огромному давлению и высокой температуре, присущим ядру, которые, по оценкам, эквивалентны 250 миллиардам атмосфер (25,33 триллиона кПа) и 15,7 миллионам градусов по Цельсию, соответственно.
Конечным результатом является слияние четырех протонов (молекул водорода) в одну альфа-частицу — два протона и два нейтрона, связанных между собой в частицу, идентичной ядру гелия. В этом процессе высвобождается два позитрона, а также два нейтрино (что меняет два протона на нейтроны) и энергия.
Ядро — единственная часть Солнца, которая производит значительное количество тепла в процессе синтеза. По сути, 99% энергии, произведенной Солнцем, содержится в пределах 24% радиуса Солнца. К 30% радиуса синтез почти целиком прекращается. Остаток Солнца подогревается энергией, которая передается из ядра через последовательные слои, в конечном счете достигая солнечной фотосферы и утекая в космос в виде солнечного света или кинетической энергии частиц.
Солнце высвобождает энергию, преобразуя массу в энергию со скоростью 4,26 миллиона метрических тонн в секунду, что эквивалентно 38,460 септиллионам ватт в секунду. Чтобы вам было понятнее, это эквивалентно взрывам 1 820 000 000 «царь-бомб» — самой мощной термоядерной бомбы в истории человечества.
Зона лучистого переноса
Эта зона находится сразу после ядра и простирается на 0,7 солнечного радиуса. В этом слое нет тепловой конвекции, но солнечная материя очень горячая и достаточно плотная, чтобы тепловое излучение запросто передавало интенсивное тепло из ядра наружу. В основном она включает ионы водорода и гелия, испускающие фотоны, которые проходят короткое расстояние и поглощаются другими ионами.
Температура этого слоя пониже, примерно от 7 миллионов градусов ближе к ядру до 2 миллионов градусов на границе конвективной зоны. Плотность тоже падает в сто раз с 20 г/см³ ближе к ядру до 0,2 г/см³ у верхней границы.
Это внешний слой Солнца, на долю которого приходится все, что выходит за рамки 70% внутреннего радиуса Солнца (и уходит примерно на 200 000 километров ниже поверхности). Здесь температура ниже, чем в радиационной зоне, и тяжелые атомы не полностью ионизированы. В результате радиационный перенос тепла проходит менее эффективно, и плотность плазмы достаточно низка, чтобы позволить появляться конвективным потокам.
Из-за этого поднимающиеся тепловые ячейки переносят большую часть тепла наружу к фотосфере Солнца. После тог, как эти ячейки поднимаются чуть ниже фотосферической поверхности, их материал охлаждается, а плотность увеличивается. Это приводит к тому, что они опускаются к основанию конвективной зоны снова — где забирают еще тепло и продолжают конвективный цикл.
На поверхности Солнца температура падает до примерно 5700 градусов по Цельсию. Турбулентная конвекция этого слоя Солнца также вызывает эффект, который вырабатывает магнитные северный и южный полюса по всей поверхности Солнца.
Именно в этом слое также появляются солнечные пятна, которые кажутся темными по сравнению с окружающей область. Эти пятна соответствуют концентрациям потоков магнитного поля, которые осуществляют конвекцию и приводят к падению температуры на поверхности по сравнению с окружающим материалом.
Наконец, есть фотосфера, видимая поверхность Солнца. Именно здесь солнечный свет и тепло, излученные и поднятые на поверхность, распространяются в космос. Температуры в этом слое варьируются между 4500 и 6000 градусами. Поскольку верхняя часть фотосферы холоднее нижней, Солнце кажется ярче в центре и темнее по бокам: это явление известно как затемнение лимба.
Толщина фотосферы — сотни километров, именно в этой области Солнце становится непрозрачным для видимого света. Причина этого в уменьшении количества отрицательно заряженных ионов водорода (H-), которые с легкостью поглощают видимый свет. И наоборот, видимый свет, который мы видим, рождается в процессе реакции электронов с атомами водорода с образованием ионов H-.
Энергия, испускаемая фотосферой, распространяется в космосе и достигает атмосферы Земли и других планет Солнечной системы. Здесь, на Земле, верхний слой атмосферы (озоновый слой) фильтрует большую часть ультрафиолетового излучения Солнца, но пропускает часть на поверхность. Затем эта энергия поглощается воздухом и земной корой, согревает нашу планету и обеспечивает организмы источником энергии.
Солнце находится в центре биологических и химических процессов на Земле. Без него жизненный цикл растений и животных закончился бы, циркадные ритмы всех земных существ были бы сорваны, и жизнь на Земле перестала бы существовать. Важность Солнца была признана еще в доисторические времена, и многие культуры рассматривали его как божество (и зачастую помещали его в качестве главного божества в свои пантеоны).
Однако только в последние несколько столетий мы начали понимать процессы, которые питают Солнце. Благодаря постоянным исследованиям физиков, астрономов и биологов, мы теперь можем понять, как Солнце производит энергию и как она проходит через нашу Солнечную систему. Изучение известной Вселенной с ее разнообразием звездных систем и экзопланет также помогает нам провести аналогию с другими типами звезд.
Источник
Откуда Солнце берёт свою энергию?
Мы уже узнали, что солнечный свет стал источником энергии практически для всего живого на нашей планете.
Но откуда же берёт энергию само Солнце? На этот вопрос мы сейчас постараемся ответить.
Ещё буквально сто лет тому назад человечество не могло объяснить, как Солнце способно на протяжении столь долгого времени выдавать огромное количество энергии для всех объектов вокруг себя.
Но, в начале прошлого века, было доказано, что наше светило действительно работает по принципу гигантского костра, однако вместо дров используются атомы водорода.
Горение на Солнце называется ядерным синтезом, в результате которого атомы водорода изменяются и создают атомы гелия.
Полученное в результате объединение способно дать столько тепла, сколько его не мог бы дать практически ни один другой источник.
Так, если верить современным данным, наше Солнце горит уже 4600 миллионов лет и будет гореть ещё очень долго.
А это значит, что для человечества это практически неиссякаемый источник энергии, который нужно уметь грамотно использовать.
Но, что же значит эта информация для нас с вами?
А значит это лишь то, что наше будущее напрямую связано с разумным использованием солнечной энергии, как основного источника электричества.
Именно Солнце позволяет забыть о вредных и ограниченных в количестве ресурсах, к которым относится нефть, газ и уголь, а также радиоактивные элементы.
Солнце — световая машина, работающая над большой планетой в двух срезах времени ( разрывах 256 млн. лет). Подробнее см. «Планеты, события, люди» (авт. Чередов Г.М.)
Атомы Водорода создает атомы Гелия.
Каким образом?
Солнце — лишь Водород?
Водород Гелия должен покрывать поверхность Солнца, или куда девается?
Термоядерный синтез. Два ядра водорода сливаются в одно ядро гелия. Чем старше звезда, тем более тяжелые элементы синтезируются. Вообще это тема физики класса 9го.
солнце это сердце нашей галактики все научные обоснования не уместны, это только лишь предположения ,человечеству не дано право допуска к этой закрытой системе, также как и к луне ближайшему нашему спутнику ,нам дали в аренду землю и дали право размножаться и во что человечество ее превратило опустошили внутренние сосуды земли нефти и газа это равносильно ,что каждый человек ежедневно сдает кровь и отдает биологическую энергию что станет с этим человеком …он умирает сделайте господа земляне выводы. участник космической программы лунаход №2
Вообще то атом водорода состоит из одного нуклона — протона, а атом гелия состоит из трёх нуклонов в гелий 3 (нейтрон и 2 протона) и четырёх нуклонов в гелий 4. По этому сливаются 3 или 4 атома водорода для 1 атома гелия. Энергия высвобождается при сливании чего либо, например при замерзании — молекул воды, горении — атомов кислорода с водородом. И соответственно энергия потребляется при разделении атомов, молекул, элементарных частиц.
Солнце выделяет электромагнитные волны и отправляет их в далекий космос с возвратом в солнце ,это как бы бумеранг ,соответственно обратно волны возвращаются обогащенными и водородом ,кислородом и ГЕЛИЕМ ,все эти элементы имеются в необозримой дали космоса ,давно не занимался астрономией ,но все планеты согласно этого и находятся на одинаковом расстоянии и друг от друга и от солнца ,так как солнышко у нас слоистое и каждый слой выделяет солнечную гравитацию в которую и попали наши планеты и сколь у нас в системе планет .столь и слоев ,возможно ,что каждая планета и выделяет необходимые компоненты для солнца в котором и происходит реакция распада ,в дальнейшем при нехватке хим элементов ,первым в солнце влетит Меркурий .абы не остановить его горение итд.. это гипотеза .ну а так ,все просто не бывает ,все процессы хорошо отрегулированы ,или это как в АЭС ,заправили котел и горит он определенное время итд..
Атом водорода состоит из ядра атома (протона), размером 10^-15 м, электрона орбита которого 10^-12 м, и материи заполняющей всё пространство атома размером 10^-9 м. При слиянии атомов водорода размер ядра атома гелия то же 10^-15 м, электроны на такой же орбите 10^-12 м, и размер атома 10^-9, а количество материи, заполняющей пространство атома в четыре раза меньше чем суммы материи заполняющей четыре атома водорода. Высвобождающаяся материя атомного пространства, излучается в виде фотонов. При замерзании воды, при слиянии молекул, происходит то же. Пространство занимаемое водой меньше пространства занимаемое паром, и материя занимающая пространство молекул, при слиянии их, то есть конденсации воды, излучается в виде фотонов.
Источник
Откуда солнце черпает неиссякаемый источник энергии
Долгое время оставалось непонятным, откуда Солнце берёт энергию. Какие только гипотезы не выдвигались! И бомбардировка метеоритами, и сжатие в результате гравитации… Все эти версии отводили очень короткий срок жизни нашей звезде. И только один британский физик догадался, что энергия Солнца — результат ядерных реакций.
Им оказался Эрнест Резерфорд. Правда, он считал, что внутри звезды происходит радиоактивный распад. Но уже в 1920‑х годах благодаря работам британского же астрофизика Артура Эддингтона стало очевидно, что в недрах Солнца и других звёзд идёт не распад, а обратный процесс — синтез ядер. Постепенно стало понятно и как эволюционировали звёзды.
Кстати, именно понимание процессов, происходящих в недрах Солнца, поставило современную физику перед загадкой, которую не могли разрешить треть века и которая привела к фундаментальным открытиям и Нобелевской премии.
Реакция ядерного синтеза. При столкновении четырёх атомов водорода в недрах Солнца образуются гелий, излучение и энергия
В ходе ядерных реакций внутри Солнца, согласно всем моделям, должно рождаться огромное количество нейтрино — частиц, которые то ли имеют массу покоя, то ли не имеют и, что точно, очень слабо взаимодействуют с веществом. Тем не менее их можно зарегистрировать и разделить на типы: электронные, мюонные и тау-нейтрино. Так вот, на Солнце должны были образовываться электронные нейтрино, в строго определённом количестве. Однако то, что фиксировали учёные, было примерно в три раза меньше. В чём же дело?
В принципе, ещё в 1957 году советско-итальянский физик Бруно Понтекорво предположил, что нейтрино могут превращаться друг в друга. Это гипотетическое явление назвали нейтринными осцилляциями. Полвека спустя японец Такааки Кадзита и канадец Артур Макдональд смогли экспериментально подтвердить эту гипотезу, одним махом разрешив парадокс дефицита солнечных нейтрино. Оказывается, за те минуты, что они летят к Земле, часть электронных нейтрино превращается в нейтрино другого вида, доказывая тем самым, что у них есть масса. Открытие было удостоено Нобелевской премии по физике 2015 года.
Колоссальный выброс коронарной массы, произошедший 8 января 2002 года, запечатлён аппаратом SOHO. Это композитное изображение: корона и фотосфера сняты отдельно.
Солнце очень активно за счёт возмущений магнитного поля, которое постоянно испускает поток заряженных частиц, именуемый солнечным ветром. Но иногда случаются резкие возмущения, которые приводят к мощным выбросам вещества. Так появляются протуберанцы и возникают вспышки. Достигнув Земли, солнечное вещество начинает взаимодействовать с магнитным полем планеты, что приводит к геомагнитным бурям и полярным сияниям.
Часто говорят, что магнитная буря вызывает проблемы со здоровьем, особенно у людей с сердечно-сосудистыми заболеваниями. Однако современная доказательная медицина отрицает подобное влияние.
Действительно, если бы колебания магнитного поля в сотни нанотесла, которыми характеризуются даже самые сильные бури, влияли на наше здоровье, страшно подумать, что происходило бы с нами в трубе томографа, где магнитное поле в тысячи раз больше.
Магнитное поле защищает Землю от космических излучений
Другое дело — техника. 1 сентября 1859 года британский астроном Ричард Кэррингтон зафиксировал мощнейшую в истории наблюдений вспышку, которую потом назовут событием Кэррингтона. Ей предшествовало несколько вспышек послабее, которые «расчистили» дорогу старшей сестре. Солнечное вещество всего за 18 часов (вместо положенных 3 суток) добралось до Земли, и началась страшная геомагнитная буря — полярное сияние наблюдали даже в тропиках, например над Карибским морем. К счастью, тогда не было спутников, значительная часть которых просто вышла бы из строя, и энергосетей. Говорят, что такие вспышки случаются раз в тысячу лет.
Последствия солнечных бурь
Кстати, именно активность Солнца — главный фактор, препятствующий полёту на Марс. Путь туда неблизкий, а экипаж, в отличие от космонавтов на МКС, не защищён магнитным полем Земли,— радиация может убить прямо в дороге.
Эта статья была опубликована в журнале OYLA №2(30) . Оформить подписку на печатную и онлайн-версию можно здесь.
Источник