Размеры масса светимость вращение солнца

Рис. 66. Вид Солнца в год его активности.

Рис. 67. Солнечный телескоп.

3. Вращение Солнца. Если сравнить несколько последо­вательных фотографий Солнца, то можно заметить, как ме­няется положение всех пятен на диске. Это происходит из-за вращения Солнца. Солнце вращается не как твердое тело. Пятна, находящиеся вблизи экватора Солнца, опере­жают пятна, расположенные в средних широтах. Следова­тельно, скорости вращения разных слоев Солнца различны. Экваториальные области делают один оборот вокруг оси Солнца за 25 земных суток, а области вблизи полюсов Солнца — примерно за 30 суток. Линейная скорость враще­ния на экваторе Солнца составляет 2 км/с. Наблюдения по­казывают, что все пятна перемещаются от восточного края к западному. Следовательно, Солнце вращается вокруг своей оси в направлении движения планет вокруг него.

4. Размеры, масса и светимость Солнца. Радиус Солнца в 109 раз, а объем примерно в 1 300 000 раз больше соот­ветственно радиуса и объема Земли. Велика и масса Солнца. Она примерно в 330 000 раз больше массы Земли и почти в 750 раз больше суммарной массы движущихся вокруг него планет.

Энергия, получаемая Землей от Солнца, характеризуется солнечной постоянной . Солнечной постоянной называется величина, определяемая полной энергией, кото­рая падает в 1 с на площадку 1 м 2 , расположенную перпен­дикулярно солнечным лучам вне земной атмосферы на сред­нем расстоянии Земли от Солнца.

Для измерения солнечной постоянной на высокогорных станциях определяют количество теплоты, которое получает вода, налитая в специальные сосуды, от зачерненного метал­лического диска, нагреваемого солнечными лучами. В ре­зультате тщательных измерений, выполненных с учетом по­глощения видимого, инфракрасного и ультрафиолетового из­лучения в земной атмосфере, нашли, что солнечная посто­янная равна 1400 Вт/м 2 (более точное значение несколько меньше). Измерения солнечной постоянной проводились на протя­жении многих лет. Оказалось, что значение солнечной по­стоянной практически не меняется. Значит, полная энергия, излучаемая Солнцем в единицу времени, постоянна. Если умножить солнечную постоянную на площадь сферы, радиус которой равен среднему расстоянию Земли от Солнца, то получится общая энергия, излучаемая Солнцем в единицу времени ( ). — это светимость Солнца (или мощность его излучения):

≈ 4 • 10 26 Вт.

5. Температура Солнца и состояние вещества на Солнце. Чтобы выяснить, в каком состоянии находится ве­щество на Солнце, необходимо прежде всего знать температуру Солнца. Существуют различные способы определения температуры Солнца, все они основаны на физических зако­нах, открытых на Земле и действующих во всей доступ­ной наблюдениям части Вселенной. Один из способов опре­деления температуры Солнца заключается в следующем. Мы знаем светимость Солнца . Известен и радиус Солнца , а следовательно, и площадь видимой поверхности Солнца . Зная это, вычислим энергию, излучаемую единицей площади поверхности Солнца в единицу времени, ε . Оче­видно, что

. (26)

С другой стороны, энергия, излучаемая в единицу вре­мени с единицы поверхности, пропорциональна четвертой степени абсолютной температуры:

(27)

(закон Стефана — Больцмана), где σ — коэффициент пропор­циональности, равный 5,67•10 -8 Вт/(м 2 •К 4 ).

Из формул (26) и (27) следует, что

, (28)

. (28´)

Подставляя числовые значения входящих в формулу (28´) величин, находим: Т≈6000 К. Полученную таким ме­тодом температуру называют эффективной температурой.

Рис. 68. Распределение энергии в спектре Солнца и абсолютно черных тел различной температуры.

Мыприменили закон Стефана — Больцмана, считая, что Солнце излучает как некоторое идеальное (его называют черным ) тело, хотя на самом деле это не совсем так. Абсолютно черное тело — это идеальный поглотитель излу­чения (оно полностью поглощает весь падающий на него поток излучения) и идеальный излучатель (оно излучает в диапазоне всех длин волн). Все реальные тела, излучающие энергию, включая Солнце и другие звезды, лишь с опреде­ленной степенью точности можно принимать за абсолютно черные тела. Исследование свойств вещества, из которого состоят видимые наружные слои Солнца, показывает, что это вещество действительно очень хорошо поглощает из­лучение (чем и оправдывается применение формулы (27)). На рисунке 68 показана зависимость энергии, излучаемой Солнцем и другими источниками излучения, от длины волны. Из рисунка видно, что, чем выше температура, тем меньше длина волны ( ), соответствующая максимуму излучаемой энергии. Более точно эта зависимость выражается законом Вина:

, (29)

где — длина волны в метрах; T — абсолютная температура в кельвинах. Максимум излучения Солнца приходится на длину волны м (отсюда желтый цвет Солнца).

При температуре 6000 К вещество находится на Солнце в газообразном состоянии, причем атомы некоторых химиче­ских элементов ионизованы. С глубиной температура растет (достигает в центре Солнца 1,5 • 10 7 К), а вместе с тем уве­личивается число ионизованных атомов. Поэтому основное состояние, в котором находится вещество на Солнце, — это плазма , а Солнце — это раскаленный плазменный шар.

6. Химический состав Солнца . Даже в прошлом веке некоторые ученые считали, что мы никогда не узнаем, из чего состоит Солнце. Однако применение спектрального ана­лиза к исследованию Солнца опровергло такое предположе­ние. Спектр Солнца — это непрерывный спектр, пе­ресеченный множеством узких темных линий поглощения (называемых фраунгоферовыми линиями, по имени немецкого оптика Й. Фраунгофера (1787—1826), впервые наблюдавшего и зарисовавшего их в 1814 г .).

Отождествление линий в спектре Солнца с линиями в спектрах химических элементов, изучаемых в лабораторных условиях, позволяет определить состав атмосферы Солнца. На Солнце обнаружено более 70 химических элементов. Ни­каких «неземных» элементов Солнце не содержит. Самые распространенные элементы на Солнце — водород (около 70% всей массы Солнца) и гелий (более 28%). Гелий («солнечный газ») был впервые открыт на Солнце и только почти через 30 лет — на Земле.

Источник

Строение Солнца

Ближайшая к нам звезда – это конечно Солнце. Расстояние от Земли до него по космическим параметрам совсем небольшое: от Солнца до Земли солнечный свет идет всего лишь 8 минут.

Солнце – это не обычный желтый карлик, как считали ранее. Это центральное тело солнечной системы, возле которой вертятся планеты, с большим количеством тяжелых элементов. Это звезда, образовавшаяся после нескольких взрывов сверхновых, около которой сформировалась планетная система. За счет расположения, близкого к идеальным условиям, на третьей планете Земля возникла жизнь. Возраст Солнца насчитывает уже пять миллиардов лет. Но давайте разберемся, почему же оно светит? Какое строение Солнца, и каковы его характеристики? Что ждет его в будущем? Насколько значительное влияние оно оказывает на Землю и ее обитателей? Солнце – это звезда, вокруг которой вращаются все 9 планет солнечной системы, в том числе и наша. 1 а.е. (астрономическая единица) = 150 млн. км – таким же является и среднее расстояние от Земли до Солнца. В Солнечную систему входят девять больших планет, около сотни спутников, множество комет, десятки тысяч астероидов (малых планет), метеорные тела и межпланетные газ и пыл. В центре всего этого и находится наше Солнце.

Солнце светит уже миллионы лет, что подтверждают современные биологические исследования, полученные из остатков сине-зелено-синих водорослей. Изменись температура поверхности Солнца хотя бы на 10 %, и на Земле, погибло бы все живое. Поэтому хорошо, что наша звезда равномерно излучает энергию, необходимую для процветания человечества и других существ на Земле. В религиях и мифах народов мира, Солнце постоянно занимало главное место. Почти у всех народов древности, Солнце было самым главным божеством: Гелиос – у древних греков, Ра – бог Солнца древних египтян и Ярило у славян. Солнце приносило тепло, урожай, все почитали его, потому что без него не было бы жизни на Земле. Размеры Солнца впечатляют. Например, масса Солнца в 330 000 раз больше массы Земли, а его радиус в 109 раз больше. Зато плотность нашего звездного светила небольшая – в 1,4 раза больше, чем плотность воды. Движение пятен на поверхности заметил еще сам Галилео Галилей, таким образом доказав, что Солнце не стоит на месте, а вращается.

Конвективная зона Солнца

Радиоактивная зона около 2/3 внутреннего диаметра Солнца, а радиус составляет около 140 тыс.км. Удаляясь от центра, фотоны теряют свою энергию под влиянием столкновения. Такое явление называют — феномен конвекции. Это напоминает процесс, происходящий в кипящем чайнике: энергии, поступающей от нагревательного элемента, намного больше того количества, которое отводится тепло проводимостью. Горячая вода, находящаяся в близости от огня, поднимается, а более холодная опускается вниз. Этот процесс называются конвенция. Смысл конвекции в том, что более плотный газ распределяется по поверхности, охлаждается и снова идет к центру. Процесс перемешивания в конвективной зоне Солнца осуществляется непрерывно. Глядя в телескоп на поверхность Солнца, можно увидеть ее зернистую структуру — грануляции. Ощущение такое, что оно состоит из гранул! Это связано с конвекцией, происходящей под фотосферой.

Фотосфера Солнца

Тонкий слой (400 км) — фотосфера Солнца, находится прямо за конвективной зоной и представляет собой видимую с Земли «настоящую солнечную поверхность». Впервые гранулы на фотосфере сфотографировал француз Янссен в 1885г. Среднестатистическая гранула имеет размер 1000 км, передвигается со скоростью 1км/сек и существует примерно 15 мин. Темные образования на фотосфере можно наблюдать в экваториальной части, а потом они сдвигаются. Сильнейшие магнитные поля, являются отличительно чертой таких пятен. А темный цвет получается вследствие более низкой температуры, относительно окружающей фотосферы.

Хромосфера Солнца

Хромосфера Солнца (цветная сфера) – плотный слой (10 000 км) солнечной атмосферы, который находится прямо за фотосферой. Хромосферу наблюдать достаточно проблематично, за счет ее близкого расположения к фотосфере. Лучше всего ее видно, когда Луна закрывает фотосферу, т.е. во время солнечных затмений.

Солнечные протуберанцы – это огромные выбросы водорода, напоминающие светящиеся длинные волокна. Протуберанцы поднимаются на огромные расстояние, достигающие диаметра Солнца (1.4 млм км), двигаются со скоростью около 300 км/сек, а температура при этом, достигает 10 000 градусов.

Солнечная корона

Солнечная корона – внешние и протяженные слои атмосферы Солнца, берущие начало над хромосферой. Длина солнечной короны является очень продолжительной и достигает значений в несколько диаметров Солнца. На вопрос где именно она заканчивается, ученые пока не получили однозначного ответа.

Состав солнечной короны – это разряженная, высоко ионизированная плазма. В ней содержатся тяжелые ионы, электроны с ядром из гелия и протоны. Температура короны достигает от 1 до 2ух млн градусов К, относительно поверхности Солнца.

Солнечный ветер – это непрерывное истечение вещества (плазмы) из внешней оболочки солнечной атмосферы. В его состав входят протоны, атомные ядра и электроны. Скорость солнечного ветра может меняться от 300 км/сек до 1500 км/сек, в соответствии с процессами, происходящими на Солнце. Солнечный ветер, распространяется по всей солнечной системе и, взаимодействуя с магнитным полем Земли, вызывает различный явления, одним из которых, является северное сияние.

Характеристики Солнца

• Масса Солнца: 2∙1030 кг (332 946 масс Земли)
• Диаметр: 1 392 000 км
• Радиус: 696 000 км
• Средняя плотность: 1 400 кг/м3
• Наклон оси: 7,25° (относительно плоскости эклиптики)
• Температура поверхности: 5 780 К
• Температура в центре Солнца: 15 млн градусов
• Спектральный класс: G2 V
• Среднее расстояние от Земли: 150 млн. км
• Возраст: 5 млрд. лет
• Период вращения: 25,380 суток
• Светимость: 3,86∙1026 Вт
• Видимая звездная величина: 26,75m

Источник