Почему человек видит солнце

Почему Солнце светит? Как оно «работает» и как влияет на нашу планету?

Свет Солнца – одна из самых важных вещей на Земле. Он поддерживает жизнь в каждом организме нашей планеты, и без него мы бы просто не существовали. Но каким образом он влияет на нас? И почему Солнце светит вообще? Давайте узнаем, как работают эти процессы.

Ещё одна звезда в небе

В древности люди не знали, почему светит Солнце. Но уже тогда они заметили, что оно появляется рано утром и исчезает вечером, а на смену ему приходят яркие звезды. Его считали дневным божеством, символом света, добра и власти. Сейчас наука шагнула далеко вперед и Солнце уже не столь загадочно для нас. Десятки сайтов и книг расскажут о нём множество подробностей, а NASA даже продемонстрирует его снимки из космоса.

Сегодня мы смело можем утверждать, что Солнце не какой-нибудь особенный и неповторимый объект, а звезда. Такая же, как тысячи других, которые мы видим в ночном небе. Но другие звезды очень далеки от нас, поэтому с Земли они кажутся крохотными огоньками.

Солнце к нам гораздо ближе, и его сияние видно намного лучше. Оно является центром звездной системы. Вокруг него вращаются планеты, кометы, астероиды, метеороиды и другие космические тела. Каждый объект движется по своей собственной орбите. Наименьшее расстояние до Солнца имеет планета Меркурий, самые дальние части системы не изведаны. Одним из дальних объектов является Седна, которая делает полный оборот вокруг светила за 3420 лет.

Почему Солнце светит?

Как и все остальные звезды, Солнце представляет собой огромный горячий шар. Предполагается, что оно образовалось из остатков других звезд около 4,5 миллиардов лет назад. Газ и пыль, освободившиеся из них, стали сжиматься в облако, температура и давление в котором постоянно повышались. «Разогревшись» примерно до десяти миллионов градусов, облако превратилось в звезду, ставшую гигантским генератором энергии.

Так почему Солнце светит? Все это из-за термоядерных реакций внутри него. В центре нашего светила водород непрерывно превращается в гелий, под действием очень высокой температуры – около 15,7 миллионов градусов. В результате такого процесса вырабатывается огромное количество тепловой энергии, сопровождаясь свечением.

Термоядерные реакции проходят только в солнечном ядре. Излучение, которое оно вырабатывает, распространяется вокруг звезды, формируя несколько внешних слоев:

зону лучистого переноса;
конвективную зону;
фотосферу;
хромосферу;
корону.

Свет Солнца

Основное количество видимого света производится в фотосфере. Это непрозрачная оболочка, которую отождествляют с поверхностью Солнца. Температура в Цельсиях фотосферы — 5 000 градусов, но есть на ней и более «холодные» области, называемые пятнами. В верхних оболочках температура вновь увеличивается.

Наше светило относится к жёлтым карликам. Это далеко не самая старая и не самая крупная звезда во Вселенной. В своей эволюции она достигла примерно половины пути и проживет в таком состоянии ещё около пяти миллиардов лет. Затем Солнце превратится в красного гиганта. А после сбросит внешнюю оболочку и станет тусклым карликом.

Свет, который оно излучает сейчас, практически белого цвета. Но с поверхности нашей планеты он виден жёлтым, так как рассеивается и проходит через слои земной атмосферы. Близким к реальному цвет излучения становится в очень ясную погоду.

Взаимодействие с Землёй

Расположение Земли и Солнца относительно друг друга неодинаково. Наша планета постоянно движется вокруг звезды по своей орбите. Полный оборот она делает за один год или примерно за 365 дней. За это время она преодолевает расстояние в 940 миллионов километров. На самой планете движение не ощущается, хотя каждый час она проходит примерно 108 километров. Последствия такого путешествия проявляются на Земле в виде смены времен года.

Однако сезоны определяет не только движение вокруг Солнца, но и наклон земной оси. Относительно орбиты она наклонена на 23,4 градуса, поэтому разные уголки планеты освещаются и согреваются звездой не одинаково. Когда Северное полушарие повернуто к Солнцу, там лето, а в Южном полушарии в это же время зима. Через полгода всё меняется с точностью наоборот.

Мы часто говорим, что Солнце появляется днём. Но это лишь выражение, ведь оно и создает нам день. Его лучи пробиваются через атмосферу, освещая планету с утра до вечера. Их яркость настолько сильна, что остальных звезд днем мы просто не видим. Ночью Солнце не перестает светить, просто Земля поворачивается к нему то одним, то другим боком, ведь она вращается не только по орбите, но и вокруг собственной оси. Полный оборот она делает за 24 часа. На стороне развернутой к светилу — день, на противоположной — ночь, каждые 12 часов они меняется.

Незаменимая энергия

От нашей планеты расстояние до Солнца составляет 8,31 световых лет или же в 1,496·10 8 километров, чего вполне достаточно для существования жизни. Более близкое расположение сделало бы Землю похожей на безжизненную Венеру или Меркурий. Впрочем, уже через миллиард лет звезда должна стать горячее на 10%, а ещё через 2,5 млрд. лет она сможет буквально иссушить все живое на планете.

В настоящее время температура светила подходит нам идеально. Благодаря этому, на нашей планете появилось огромное разнообразие жизненных форм, начиная от растений и бактерий, заканчивая человеком. Все они нуждаются в солнечном свете и тепле, и легко умрут при длительном их отсутствии. Свет звезды способствует фотосинтезу растений, при котором вырабатывается жизненно важный кислород. Её ультрафиолетовое излучение усиливает работу иммунитета, способствует выработке витамина D, помогает самоочищению атмосферы от вредных веществ.

Неравномерное прогревание Земли Солнцем создает движение воздушных масс, что, в свою очередь, создает климат и погоду на планете. Свет от звезды влияет на установление циркадных ритмов у живых организмов. То есть, вырабатывается строгая зависимость их активности от смены времени суток. Так, одни животные активны только днём, другие только ночью.

Наблюдение за Солнцем

Среди ближайших к нам звёздных систем Солнце не является самой яркой. Оно занимает по этому показателю только четвертое место. Например, звезда Сириус, которую отлично видно в ночном небе, превосходит его по яркости в целых 22 раза.

Несмотря на это, мы не можем смотреть на Солнце невооруженным взглядом. К Земле оно находится слишком близко и наблюдать его без специальных приборов губительно для зрения. Для нас оно примерно в 400 тысяч раз ярче, чем свет, отражаемый Луной. Невооруженным глазом смотреть на него мы можем только на закате и рассвете, когда его угол небольшой и светимость падает в тысячи раз.

В остальное время, чтобы увидеть Солнце, нужно использовать специальные солнечные телескопы или светофильтры. Если при этом проецировать изображение на белый экран, то разглядеть пятна и вспышки на нашем светиле возможно даже с непрофессиональной техникой. Но делать это нужно аккуратно, чтобы не повредить её.

Источник

Почему светит Солнце?

Несмотря на простую формулировку вопроса «Почему светит Солнце?» ответ на него требует некоторой базы физических знаний и изложить его в одном предложении – затруднительная задача. Решить ее мы попытаемся ближе к концу статьи, которую начнем с исторической справки.

История

Одним из первых, кто попытался подойти к объяснению природы Солнца с научной точки зрения был древнегреческий астроном и математик Анаксагор, согласно словам которого Солнце – раскаленный металлический шар. За это философ был заключен в тюрьме. Прежде, чем в 17-м веке началось инструментальное изучение Солнца, было еще немало предположений о природе солнечного света, вплоть до находящихся на поверхности постоянно горящих лесов.

С 17-го века ученым открывается такое явление как солнечные пятна, появляется возможность вычислить период вращения Солнца. Становится ясно, что наша звезда является неким физическим телом со сложной структурой. В 19-м веке возникает спектроскопия, при помощи которой удается разложить солнечный луч на составные цвета. Таким образом, благодаря линиям поглощения, Фраунгоферу удается обнаружить новый химический элемент, входящий в состав звезды, — гелий.

В середине 19 века ученые уже пытались описать свечение Солнца более сложными научными гипотезами. Так Роберт Майер предположил, что звезда нагревается за счет бомбардировки метеоритами. Несколько позже, в 1853-м году, возникла более правдоподобная идея так называемого «механизма Кельвина — Гельмгольца», согласно которой Солнце нагревалось по причине гравитационного сжатия. Однако, в таком случае возраст светила был бы значительно меньше, нежели на самом деле, что противоречило некоторым геологическим исследованиям.

Почему светит Солнце

К верному ответу на данный вопрос впервые подобрался британский физик Эрнест Резерфорд, который предположил, что в Солнце происходит радиоактивный распад и именно он является источником энергии звезды. Позже, в 1920-м году английский астрофизик Артур Эддингтон развил мысль Резерфорда, утверждая, что в ядре Солнца может протекать реакция термоядерного синтеза под действием внутреннего давления собственной массы Солнца. Спустя 10 лет были рассчитаны основные реакции синтеза, порождающие наблюдаемое количество энергии.

Кратко термоядерную реакцию, вследствие которой светит Солнце, можно описать как слияние протонов (ядер водорода) в ядро гелия-4. Так как ядро гелия-4 имеет меньшую массу, чем ядра водорода, то разница энергий (свободная энергия) излучается в виде фотонов – частиц, являющихся электромагнитным излучением.

Термоядерная реакция

Протон-протонные термоядерные реакции синтеза, протекающие внутри звезд с массой Солнца и менее, можно разделить на три цепочки: ppI, ppII, ppIII. Из них на ppl приходится более 84% энергии Солнца. Протон-протонная реакция состоит из трех циклов, где в роли первого выступает взаимодействие двух протонов (двух ядер водорода). Обладая достаточными энергиями, чтобы преодолеть кулоновский барьер, два протона сливаются, в результате чего образуется дейтрон. Так как ядро дейтрона, состоящее из двух протонов, имеет меньшую массу чем два отдельных протона, образуется свободная энергия, за счет которой возникают позитрон и электронное нейтрино, которые излучаются из области, где проходила реакция.

Далее вследствие взаимодействия дейтрона и еще одного протона образуется гелий-3 с выделением энергии в виде электромагнитного излучения. Дальнейшие этапы реакции можно наглядно проследить на представленной ниже схеме.

Реакции, протекающие внутри солнца

Помимо протон-протонной термоядерной реакции синтеза малый вклад в высвобождаемую Солнцем энергию вносит реакция типа протон-электрон-протон 0.23%.

Таким образом, обобщая выше сказанное – Солнце излучает электромагнитные волны различной частоты, в том числе и в области видимого света, которые образованы частицами, рожденными в результате высвобожденной энергии во время протон-протонной (протон-электрон-протонной) реакции термоядерного синтеза.

Обман зрения: почему мы видим миражи и иллюзии

Свет. С этим явлением человечество связывает все самые радостные, яркие события в жизни. Мы появляемся на свет, а без любви нам свет не мил, мы все надеемся на светлое будущее и просто светимся от счастья. Но тот же свет может стать жестоким врагом и навсегда погрузить во тьму. Это слепящий свет, опасный, испепеляющий. Любой яркий свет, прямо падающий на сетчатку глаз, разрушает наш зрительный орган. Но ещё страшнее – свет отражённый – от снега, воды, зеркал. Каким бывает свет? Как он возникает и исчезает? Почему человек видит иллюзии и миражи? На эти вопросы ответили эксперты программы «Как устроен мир» с Тимофеем Баженовым на РЕН ТВ.

Световые иллюзии

Явление гало – ореол вокруг Солнца – довольно распространённое, а свечение Пapгелий – редкое, оно выглядит, как два полумесяца, расположенные по бокам от Солнца. Учёные даже подсчитали, что полумесяцы всегда развернуты к светилу под углом в 22 градуса. Паргелий может выглядеть ещё более странно и напоминать три солнца. На самом деле это отражения лучей светила от кристалликов льда в атмосфере.

«Паргелий – это оптическое явление в атмосфере – разновидность гало, вокруг яркого источника света наблюдается такая светящаяся окружность. Вы можете увидеть гало, когда смотрите на солнце, на луну. Во время тумана, когда воздух очень влажный, что изменяет преломление света, вы можете увидеть гало, если посмотрите на какой-то фонарь», — рассказал преподаватель истории Олег Иванов.

В норвежской долине Хессдален то и дело появляются огни разного оттенка и силы свечения. Учёные выяснили: их происхождение не связано с деятельностью человека, огни состоят из пыли и гaза.

«Дело в том, что один берег речной долины сложен из железа и цинка, и берег выполняет роль анода, а уже роль катода выполняет противоположный берег, который сложен из меди. Роль электролита выполняет сама река, которая богата сернистыми соединениями, которые сбрасывают в эту реку с шахт, находящихся поблизости. Вот и получается, что речная долина накапливает в себе электроэнергию, которая дает в небе всю эту палитру оптических явлений», — отметил Олег Иванов.

Брокенский призрак

Световые иллюзии нередко пугают очевидцев. Например, явление «брокенский призрак», впервые его наблюдали на горе Брокен в Германии.

«Вы можете стоять и не двигаться, а этот призрак может, например, помахать вам рукой или, например, куда-то переместиться чуть-чуть. Вас это может очень сильно испугать. Но опять же, пока солнечный свет проходит всю эту гущу тумана, он преломляется и изменяется. На самом деле это вы сами и есть», — пояснил Олег Иванов.

Миражи над водой

Самое сказочное явление, связанное с преломлением света, — Фата-мopгана. Это миражи над водой. Так, можно видеть корабль, который находится за линией горизонта. Дело в том, что предметы, окруженные водой, часто отражаются от нее, а при перепаде температур изображения преломляются в нижних слоях атмосферы и вновь отражаются от водной глади. Похоже, Летучий Голландец – ни что иное, как игра света и воды.

Зрение и цвета

Всё, что мы видим, – это свет. А цвета, как такового, не существует. Окружающий мир мы воспринимаем благодаря световым частицам – фотонам. Они отражаются от объектов и попадают на чувствительную структуру глаза – сетчатку. Наша сетчатка состоит примерно из 126 миллионов светочувствительных клеток.

«Свет, сетчатка, зрительный нерв, зрительный тракт, кора головного мозга. И самое интересное, соответственно, происходит в коре головного мозга. Всё формирование сложных образов, которые мы видим, и всё, чем мы понимаем окружающий мир, – это, в первую очередь, кора головного мозга», — объясняет нейрофизиолог, невролог-эпилептолог Владимир Соловьёв.

Человеческий глаз и вообще орган зрения любого живого существа не обрабатывает информацию, а лишь воспринимает и передаёт её в мозг. Поэтому можно сказать, что мы видим головой, а глаз – это всего лишь передатчик. Диафрагма фото- или видеокамеры устроена по такому же принципу, как и наш зрачок. Многие ошибочно полагают, что хрусталик и зрачок – это, по сути, одно и то же. На самом деле хрусталик – это твёрдое прозрачное тело, которое находится между стекловидным телом и радужкой. Отверстие в радужке – это и есть зрачок.

«Наша сетчатка содержит пигментный слой, который полностью поглощает свет. И поэтому кажется, что зрачок черный, потому что свет, попадающий внутрь нашего глаза, не отражается от сетчатки, а полностью поглощается. И как раз, если вдруг в зрачке есть какие-то блики, это патологический зрачок, либо интраокулярная линза внутри глаза, либо внутриглазное какое-то образование, это является симптомом заболевания. То есть в норме зрачок черного цвета», — отметила доктор медицинских наук хирург-офтальмолог Татьяна Шилова.

Зачем нам зрачок?

Мы могли бы видеть в темноте лучше, если бы радужка нашего глаза занимала всё видимое пространство глазного яблока.

«Огромные глаза сов и огромные глаза кошек как раз предназначены для видимости в темноте. У этих глаз размер глазного яблока гораздо больше, чем видимая часть. И это связано как раз с тем, что для того, чтобы видеть в темноте, необходимо улавливать как можно больше света», — рассказал доктор биологических наук Артем Синев.

Сужение зрачка необходимо, чтобы защитить сетчатку от пагубного влияния переизбытка света. У здорового человека зрачок всегда находится в динамике.

«Наш зрачок меняет свой диаметр в здоровом глазу, конечно, в зависимости от того, какая освещенность у нас в помещении. Если света больше, зрачок маленький, если света меньше, то он расширяется», — пояснила Татьяна Шилова.

Зрачок перестаёт расширяться или сужаться из-за болезни или под действием некоторых веществ. Отправляясь на бал, средневековые дамы любили закапать в глаза экстракт растения белладонны, от этого зрачок расширялся и переставал реагировать на свет. Взгляд становился глубоким и выразительным, но при этом яркий свет вызывал у модниц мучительную резь в глазах.

«Чем сильнее свет попадает на сетчатку, тем больше риск того, что она может повредиться. Поэтому яркий солнечный свет либо свет от сварки, например, может быть настолько интенсивным, что повредит сетчатку. Это вызывает болевой синдром, это вызывает дискомфорт», — объясняет Владимир Соловьев.

Белладонна в переводе – «прекрасная женщина». Растение ядовитое и содержит в себе много опасных алкалоидов, так что косметические процедуры для преображения взгляда зачастую становились смертельными. В наше время в офтальмологии используют препараты с экстрактом белладонны. Это необходимо для того, чтобы врач смог беспрепятственно направить световой поток прямо в зрачок пациента и заглянуть внутрь глаза.

Палитра нашего зрения

Человеческий глаз воспринимает только три цвета: красный, зелёный и синий. Все остальные цвета и оттенки получаются за счёт различных комбинаций.

«Мы видим мир цветным, очень четким. Центр сетчатки называют макулой, ее размер очень маленький, это всего полсантиметра, круглое пятно, но оно позволяет нам видеть мир очень четко, позволяет нам читать, различать очень мелкие объекты. А животные различают только движения, тень, цвет. Острота зрения у них гораздо ниже. Но при этом, если говорить об остроте зрения птиц, например, курица видит в 10 раз четче, чем человек», — рассказала Татьяна Шилова.

Как только кинематограф стал цветным, специалисты начали проводить эксперименты по цветокоррекции. Выяснилось, что для того, чтобы зритель увидел в кадре ночь, снимать в темное время суток необязательно. Тем более, что это дорого и хлопотно. Достаточно на видео, снятое днем, наложить синий фильтр. И у человека на подсознательном уровне возникнет ощущение, что действие на экране происходит ночью.

Еще больше о том, как устроен этот мир, самые интересные факты и истории смотрите в выпуске программы «Как устроен мир» с Тимофеем Баженовым. Новые выпуски смотрите на РЕН ТВ по будням с 11:00!