Ученый СО РАН: пять интересных фактов о нашем Солнце
Поделиться в Одноклассниках
Солнце нужно изучать, потому что это наш основной и единственный источник энергии. Оно влияет на все, что происходит на земле, дает энергию для фотосинтеза для начала и потом для всех остальных форм жизни. Сотрудник Института солнечно-земной физики СО РАН, кандидат физико-математических наук Андрей Алексеевич Челпанов ответил на вопросы иркутян о Солнце.
Для начала отвечу на вопрос, который чаще всего мне задают. Сколько наше Солнце еще будет светить?
Нам осталось примерно 4, 5 миллиарда лет. И существует Солнце примерно столько же. В целом жизненный цикл звезды составляет около 10 миллиардов лет. Это не значит, что через 5 миллиардов лет оно внезапно исчезнет и на его месте ничего не будет. Просто оно перестанет существовать в таком виде, в котором мы его знаем и любим. Оно раздуется до размеров красного гиганта, сейчас относится по классификации к жёлтому карлику, потом сменит классификацию и станет красным гигантом, сильно увеличится в размерах, настолько, что поглотит орбиты планет Меркурий и Венера и может достигнуть орбиты Земли. Самих планет, близких к Солнцу, уже не будет, потому что оно к этому времени потеряет сильно в массе. Радиус орбиты планеты зависит от массы звезды, вокруг которой она вращается, так что Земля и другие уже будут далеко, но они не исчезнут. Скорее всего, атмосферы земли уже не будет, ее снесет сильным потоком солнечного ветра. Солнце через пять миллиардов раздуется, разбросает большую часть своей массы по открытому космосу и останется только внутренняя часть, которая будет называться белым карликом. И ещё около 4-5 миллиардов лет оно будет постепенно остывать, угасая.
Здесь также необходимо рассказать, из чего состоит Солнце? А оно состоит из водорода (≈73 % от массы и ≈92 % от объёма), гелия (≈25 % от массы и ≈7 % от объёма) и небольшого количества других элементов, в том числе железа, никеля, кислорода, азота, кремния, серы, магния, углерода, неона, кальция и хрома. Все стадии вещества делят на три агрегатные состояния: твёрдое жидкое и газообразное, и вот плазма считается четвёртым состоянием любого вещества. Вещество в Солнце находится именно в состоянии плазмы.
Упавший на пол луч света зародился тысячи лет назад
Сколько свет идёт от поверхности солнца до земли? Это все знают — 8 минут. Но знаете ли вы, что свет, который идёт от ядра до поверхности Солнца, проходит этот путь куда дольше. У каждого фотона свой путь, потому что это случайный процесс, но среднее время, за которое фотон света идёт или квант энергии приходит от ядра до поверхности Солнца составляет от 10 до 170 тысяч лет.
«То есть нас впечатляет тот факт что свет идёт от солнца до земли целых 8 минут, но тут же можно подумать что свет который падает из окна, вот здесь вот на пол, он был извлечён в центре солнца ещё до того как человечество изобрело колесо или приручило собаку, часть этого света была излучена в центре Солнца ещё до того как человек сформировался как биологический вид».
Горячо, холодно и снова горячо
В ядре Солнца температура может достигать 15 млн К, а на поверхности — шести тысяч. Когда мы видим на звезде темные полосы, мы знаем, что это остывшая плазма. Но видимая поверхность Солнца не означает, что это его последний внешний слой. У Солнца есть более внешние слои, просто через них свет проходит, не задерживаясь, и потому эти слои прозрачные. Это атмосфера Солнца.
Так же как у Земли у Солнца есть атмосфера. И вот поверхность Солнца составляет температуру 6 тысяч градусов. Следующий слой имеет температуру около 10 тысяч градусов, то есть температура почему-то вдруг начинает повышаться и когда она доходит до самого внешнего слоя — короны, тут около миллиона градусов. То есть почему-то опять идёт увеличение температуры с удалением от Солнца, это выглядит нелогично. В центре дома печка, рядом горячо, в следующей комнате тепло, и чем дальше, тем прохладнее. Но в последней комнате опять горячо. Это выглядит нарушением законов термодинамики.
А почему корона опять нагревается? Вот уже последние 50 лет это может быть даже один из главных вопросов солнечной физики. Есть несколько объяснений, например — в короне происходят микро вспышки, которые слишком маленькие, чтобы их можно было увидеть с Земли даже с помощью мощного телескопа, и они греют корону. Или же ее греют магнитогидродинамические волны.
Опять же возвращаюсь к дому. Можно сравнить это с тем, что от печки, например, исходит не только тепло, но и какой-нибудь звук. И этот шум в виде звуковых волн проходит через комнаты. И почему-то в последних комнатах он начинает рассеиваться, но звук не может просто исчезнуть, поэтому он превращается в тепло.
«И у той и у другой теории есть свои плюсы и минусы. Сейчас в солнечной физике как раз идёт изучение магнитогидродинамических волн. Это такие особенные волны колебания, которые могут возникать в плазме, при наличии магнитного поля. Все солнце пронизано магнитным полем».
Около 4 миллионов кг массы каждую секунду в ядре Солнца превращается в энергию
Также как и дома с печным отоплением, в центре Солнца находится печь. Внутри энергия, которая отапливает весь дом, она расходится по комнатам и другим пространствам дома, пока не выходит за его стены на мороз. Так вот, печка для Солнца — это его ядро, и ядро вся та же плазма.
«Это не какие-то там твёрдые шарики или какая-то косточка, которая находится внутри фрукта, это все тоже вещество, из которого состоит Солнце. Просто там существуют такие условия, в которых может существовать термоядерный синтез. Термоядерный синтез это когда два ядра молекул, в случае Солнца это молекулы водорода, сливаются между собой, и получается ядро молекулы более тяжелого вещества. То есть два лёгких атома формируют более тяжелый, но если посчитать сумму исходных атомов и сумму того что получилось, то окажется, что они немного не сходятся. То есть часть массы по дороге куда-то делась и получившееся ядро молекулы окажется легче. Но масса сама по себе никуда исчезнуть не может, поэтому в данном случае она превращается в энергию.
Кстати, термоядерный синтез, это то, на что человечество смотрит в поиске наиболее эффективного или более экологически чистого источника энергии. Экологически чистого потому, что все что для него нужно — это ионы водорода, которые можно найти во-первых в океане, во-вторых произвести. В качестве отходов от этой реакции называется просто гелий, который сам по себе не радиоактивен и ничего не загрязняет в отличие от продуктов деятельности атомного реактора, говорит ученый.
«Такая реакция очень эффективна — чтобы обеспечить энергией всю землю со всеми её потребностями, достаточно сжигать в день около 100 граммов смеси атомов водорода. Но проблема в том, что в лабораторных условиях сложно создать такие условия, которые есть в ядре Солнца. В ядре Солнца очень высокая температура и очень высокое давление. На земле невозможно создать такое высокое давление, какое есть в центре Солнца, поэтому приходится создавать более высокую температуру. В центре Солнца в самой горячей точке температура достигает от 15 до 18 миллионов градусов. А на Земле чтобы создать условия для термоядерного синтеза приходится создавать температуру порядка 110 миллионов градусов. То есть из-за недостатка давления на Земле приходится создавать в несколько раз более высокую температуру.
«И есть еще проблема. Пока плазма, которая создается в лабораторных условиях очень не устойчива и может существовать в ускорителях порядка нескольких секунд. Самый успешный эксперимент позволил существовать термоядерному синтезу в течение нескольких минут».
Было много разговоров и много надежд на термоядерный синтез, отмечает ученый. Но до сих пор мы так и не смогли создать устойчивую термоядерную реакцию. Самые смелые оценки по времени — лет через 10.
Солнечная активность
Самые видимые проявления солнечной активности — это солнечные пятна, которые наблюдались ещё в древнем Китае, когда звезду изучали через дым костров. Пятно на Солнце — это не просто чёрная точка. У него есть своя структура, вокруг него видна иконоляция, а темное пятно потому что вещество на его поверхности холоднее, чем вокруг. Если в окружающем Солнце температура около 6 тысяч градусов то в пятне — 4,5 — 5. Другие проявления солнечной активности — это Солнечные факелы. Это белые области вокруг пятен или отдельно от них. Следующие проявление активности солнца — это солнечное вспышки. Именно они могут влиять на то, что происходит на земле. Вспышка — это выброс энергии во всех диапазонах, ее можно увидеть в световом диапазоне, а также в радиодиапазоне, микроволновом, ультрафиолетовом и так далее. Солнечные вспышки часто сопровождаются выбросами масс вещества. Часть этого вещества может вернуться на Солнце, а часть улетает в открытый космос в том числе может долететь до Земли.
«Напомню, что солнечная активность не постоянна и увеличивается на каждые 11 лет, то есть увеличивается и спадает».
А вот так вспышки на Солнце могут влиять на то, что происходит на Земле и над Землей.
Мифы
Влияние Солнца на климат. Вы помните, в 2010 году на Земле выдался аномально жаркий год, были сильные пожары, горели поля и даже гречка подорожала. Вот я тогда сидел и смотрел в телескоп и одновременно в интернете видел заголовки о том, что все это из-за вспышек на Солнце. И тут же смотрю на Солнце и вижу там полное спокойствие. Так что катаклизмы на Земле далеко не всегда связаны с активностью на Солнце. Какая-то связь есть, но явно не сильная и пока эта связь не исследована в полной мере.
И еще про заголовки. Например, «астронавты обнаружили гигантскую трещину на Солнце». Астронавты это люди, которые летают в космос, но к Солнцу еще никто не летал. И уж тем более трещин на нем быть не может, ведь оно состоит из газа, из плазмы, то есть это фактически жидкость и газ. Как может треснуть жидкость — не очень понятно. На самом деле это так называемая корональная дыра, это просто потемнение в короне в ультрафиолетовом свете.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
Источник
Исследование: атмосфера Солнца намного жарче поверхности
Исследователи из США смогли объяснить, почему атмосфера Солнца в несколько раз горячее его поверхности. Они обнаружили волны, которые переносят огромное количество энергии.
Видимая поверхность Солнца, или фотосфера, нагрета до температуры около 6 000°C. Но в нескольких тысячах километров над ней (исследователи отмечают, что в рамках Солнца это небольшое расстояние) солнечная атмосфера в сотни раз горячее — она может достигать миллиона градусов или даже выше.
Такой скачок температуры, несмотря на большое расстояние от основного источника энергии Солнца, наблюдается у большинства звезд и представляет собой фундаментальную загадку, над которой астрофизики размышляли десятилетиями.
В 1942 году шведский ученый Ханнес Альфвен предложил объяснение. Он предположил, что намагниченные волны плазмы могут переносить огромное количество энергии вдоль магнитного поля Солнца из его недр в корону, минуя фотосферу, прежде чем взорваться с выделением тепла в верхней части атмосферы Солнца.
Ученые решили изучить свойства Солнца, чтобы объяснить это несоответствие. Солнце почти полностью состоит из плазмы, которая представляет собой высокоионизированный газ, несущий электрический заряд. Движение этой плазмы в верхней части солнечной атмосферы создает ток и сильные магнитные поля.
Эти поля затем затягиваются из недр Солнца и вырываются на его видимую поверхность в виде темных солнечных пятен — скоплений магнитных полей, которые могут образовывать различные магнитные структуры в атмосфере звезды.
Исследователи пришли к выводу, что в намагниченной плазме Солнца любые объемные движения электрически заряженных частиц будут нарушать магнитное поле, создавая волны, которые могут переносить огромное количество энергии на огромные расстояния — от поверхности Солнца до его верхних слоев атмосферы. Тепло перемещается по так называемым солнечным магнитным потоковым трубам, а затем прорывается в корону, создавая ее высокую температуру.
Источник
Китайские инженеры объявили об очередном рекорде в достижении контролируемого термоядерного синтеза. Им удалось удерживать рекордную температуру плазмы внутри токамака в пять раз дольше, чем это удавалось кому-либо ранее.
Experimental Advanced Superconducting Tokamak (EAST), экспериментальный усовершенствованный сверхпроводящий токамак, отличился новым рекордом. Устройство, которое часто называют «искусственным Солнцем», расположено в Институте физических наук Хэфэй Китайской академии наук и создано для воспроизводства процесса ядерного синтеза, происходящего естественным образом на Солнце. Теоретически это даст в руки человечеству источник неиссякаемой чистой энергии.
Считается, что температура в ядре Солнца составляет 15 миллионов градусов. В ходе последних экспериментов учёным удалось удерживать плазму в течение 101 секунды при температуре 120 миллионов градусов. Ещё одним достижением стало удержание температуры на уровне 160 миллионов градусов на протяжении 20 секунд. Сами учёные полагают, что стабильность остаётся ключом к созданию рабочей установки. По их мнению, сегодня термоядерный синтез пока ещё технология будущего. Ожидается, что появление подобных устройств может затянуться на долгих 30 лет.
Эксперимент EAST стал частью установки Международного термоядерного экспериментального реактора (ИТЭР). Это глобальная научная инициатива, созданная силами многих стран, включая Китай, ЕС, Индию, Японию, Южную Корею, Россию и США.
Источник
Всё о Солнце
Солнце, находящееся в центре нашей Солнечной системы, является желтым карликом, горячим шаром раскаленных газов. Его гравитация удерживает Солнечную систему вместе, сохраняя все от самых больших планет до мельчайших частиц мусора на своей орбите. Электрические потоки на Солнце генерируют магнитное поле, которое проводится через Солнечную систему солнечным ветром — потоком электрически заряженного газа, выдувающегося за пределы Солнца во всех направлениях.
Связь и взаимодействие между Солнцем и Землей оказывают влияние на времена года, океанские течения, погоду, климат, радиационные пояса и полярные сияния. Хотя это непривычно для нашего понимания, миллиарды звезд, рассеянные по Млечному Пути, похожи на Солнце.
Размеры и расстояние
При радиусе 432 168. 6 км (695 508 километров) наше Солнце не является особо большой звездой — многие из них в несколько раз больше — но оно все же намного массивнее нашей родной планеты: 332 946 земных масс соответствуют массе Солнца. Для того чтобы заполнить Солнце потребуется 1.3 миллиона планет Земля.
Солнце находится на расстоянии в 93 миллионов миль (около 150 миллионов километров) от Земли. Его ближайшая звездная соседка — это тройная звездная система Альфа Центавра: Проксима Центавра находится на расстоянии 2.24 световых года, а Альфа Центавра А и В — две звезды, вращающиеся вокруг друг друга — находятся на расстоянии в 4.37 световых лет. Световой год — это расстояние, которое свет проходит за один год, равное 5 878 499 810 000 миль или 9 460 528 400 000 км.
Орбита и вращение
Солнце и все, что вращается вокруг него, находится в галактике Млечный Путь. Если быть точным, наше Солнце находится в спиральной ветви, называемой Орионовым отрогом, который простирается наружу от рукава Стрельца. Оттуда Солнце вращается вокруг центра Млечного Пути вместе с планетами, астероидами, кометами и другими объектами. Наша Солнечная система движется со средней скоростью в 450 000 миль в час (720 000 километров в час). Но даже при такой скорости потребуется около 230 миллионов лет, чтобы сделать одно полное вращение вокруг Млечного Пути.
Солнце вращается, поскольку оно находится на орбите в центре Млечного Пути. Его вращение имеет осевой наклон 7.25 градуса относительно плоскости орбит планет. Поскольку Солнце не является твердым телом, разные части Солнца вращаются с разной скоростью. На экваторе одно вращение Солнца занимает примерно 25 дней, но на своих полюсах одно вращение Солнца вокруг своей оси занимает 36 земных дней.
Солнце и остальная часть Солнечной системы образовались около 4,5 миллиардов лет назад из гигантского вращающегося облака газа и пыли, называющегося солнечной туманностью. По мере того, как туманность разрушалась, из-за своей подавляющей гравитации, она вращалась быстрее и сплющивалась в диск. Большая часть материи потянулась к центру, тем самым образовав Солнце, которое составляет 99,8% от массы всей Солнечной системы.
Как и на всех звездах, однажды, на Солнце кончится энергия. Когда Солнце начнет умирать, оно увеличится настолько, что поглотит Меркурий и Венеру, а может быть, даже Землю. Ученые предсказывают, что Солнце находится почти на половине своего жизненного пути, и просуществует еще 6,5 миллиардов лет, прежде чем оно сократится до состояния белого карлика.
Солнце, как и другие звезды, представляет собой газовый шар. По числу атомов оно состоит из 91.0% водорода и 8.9% гелия. По массе Солнце содержит около 70.6% водорода и 27.4% гелия.
Огромная масса Солнца удерживается гравитационным притяжением, создавая огромное давление и температуру в его центре. Солнце состоит из шести областей: ядро, радиационная зона и внутренняя конвективная зона, видимая поверхность, называемая фотосферой, хромосфера и самый отдаленный регион — корона. В ядре температура составляет около 27 миллионов градусов по Фаренгейту (15 миллионов градусов по Цельсию), что является достаточным для поддержания термоядерного синтеза. Это процесс, в котором атомы объединяются, образуя более крупные атомы, и во время которого высвобождают огромные количества энергии. В частности, в ядре Солнца, атомы водорода соединяются для образования гелия.
Энергия, вырабатываемая в ядре, питает Солнце и производит все тепло и свет, излучаемое Солнцем. Энергия из ядра проводится наружу излучением, которое резко изменяется вокруг радиационной зоны, занимая по времени около 170 000 лет, чтобы добраться от ядра до вершины конвективной зоны. Температура понижается ниже 3,5 миллионов градусов по Фаренгейту (2 миллиона градусов Цельсия) в конвективной зоне, где большие пузырьки горячей плазмы (плотная облачность ионизированных атомов) движутся вверх. Поверхность Солнца — та область, которую мы можем видеть – имеет температуру около 10 000 градусов по Фаренгейту (5500 градусов по Цельсию). Она намного холоднее, чем пылающее ядро, но все еще достаточно горячая, чтобы выработать углерод, как алмазы и графит, и не просто выплавить, а даже сварить.
Поверхность Солнца, фотосфера, представляет собой область площадью 300 миль (500 км), из которой большая часть солнечного излучения выходит за пределы Солнца. Она не является твердой поверхностью, как поверхности планет. Вместо этого, она представляет собой внешний слой газообразной звезды.
Мы видим излучение исходящее от фотосферы в виде солнечного света, когда оно достигает Земли примерно через восемь минут после того, как оно покинуло пределы Солнца. Температура фотосферы составляет около 10 000 градусов по Фаренгейту (5500 градусов по Цельсию).
Источник