Солнце — звезда, которая нас греет или уничтожает?
Глядя на светило, которое миллиарды лет греет и освещает нашу планету, мало кто из нас догадывается, что перед нами работающий естественный термоядерный реактор. Столь грозное и пугающее сравнение связано с природой Солнца, которое по происхождению и своему составу является типичной звездой нашей галактики. Несмотря на то, что процессы, происходящие на Солнце, никак нельзя назвать животворными, эта звезда несет нам жизнь.
Что представляет собой Солнце?
Почему Солнце — звезда, похожая на миллиарды других в галактике Млечный Путь — так интересует астрофизиков и ученых-ядерщиков? Дело в том, что это самая близкая к нам звезда, благодаря которой мы можем понять суть процессов, которые бушуют во Вселенной с момента ее рождения. Изучив Солнце, мы поймем, что такое звезды, как они живут и чем заканчивается столь блистательное зрелище. Другие звезды, ввиду значительного своего удаления от нашей Солнечной системы, не могут нам продемонстрировать особенности своего внешнего вида.
Наша звезда является центральным объектом Солнечной системы, вокруг которого по своим орбитам вращаются восемь планет, астероиды и карликовые планеты, кометы и другие космические объекты. Солнце относится к звездам G класса в соответствии с гарвардской классификацией. В соответствии с классификацией Анджело Секки Солнце так же, как Арктур и Капелла, это желтый карлик II класса. В отличие от других звезд, находящихся в десятках, в сотнях световых лет от нашей планеты, наше светило располагается практически рядом. Землю от Солнца отделяет 150 млн. км — ничтожное расстояние по сравнению с колоссальными расстояниями, которые преобладают во Вселенной.
Ближайшая к Солнцу звезда — красный карлик Проксима Центавра — находится на расстоянии 4 световых лет. Мы находимся вдалеке от туманностей и звездных скоплений, которые являются самыми беспокойными областями галактики. Такое расположение обеспечивает спокойное движение Солнца по своей орбите уже 14 млрд. лет, с тех пор как образовалась галактика Млечный Путь и наша Вселенная в целом. Скорость движения звезды по орбите вокруг галактического центра составляет 200 км в секунду.
По земным меркам 150 млн. километров — это большое расстояние. Однако даже на таком удалении мы в полной мере ощущаем тепло, которое излучает Солнце. Свет нашей звезды идет к нам 8 секунд и продолжает греть и освещать нашу планету. Все дело в размерах нашей звезды. Несмотря на то, что наше светило относится к нормальным звездам, со средней массой, его масса превосходит в 700 раз массу всех небесных тел Солнечной системы. Размер солнечного диска сегодня определен и составляет 1 млн. 392 тыс. 20 км. Это в 109 раз больше диаметра Земли.
Происхождение Солнца, его жизнь и смерть
Наше светило родилось вместе с другими звездами более 4-5 млрд. лет назад. Родильным домом для Солнца стало газовое облако, которое образовалось в результате колоссальных по своим масштабам космических катаклизмов. По одной из версий, облака газа появились в результате Большого Взрыва, который потряс пространство. По своему составу газопылевые облака состояли на 99% из атомов водорода. Лишь 1% приходился на атомы гелия и другие элементы. Весь этот набор элементов под действием сил гравитации получил необходимый импульс и стал плотно сжиматься в одну субстанцию.
Чем быстрее росла масса, тем быстрее становилась скорость вращения. Атомы соединялись в крупные соединения, образуя молекулярный водород и гелий. В результате физических процессов и стремительного вращения в центре облака сложилось шарообразное образование. Появилась протозвезда — древнейшая форма, которая предшествует последующему образованию полноценной звезды. Первоначальное количество космического газа превышало нынешние размеры нашей Солнечной системы. В дальнейшем под воздействием гравитационных сил звездное вещество стало плотно сжиматься, увеличивая массу будущей звезды.
Вместе с уменьшением размеров протозвезды, увеличивалось давление внутри звездной субстанции. Это в свою очередь привело к стремительному росту температуры внутри газового образования. Высокая плотность и температура в 100 млн. Кельвина запустили процесс термоядерного синтеза водорода.
Термоядерная реакция порождает огромное количество тепловой и световой энергии, которая распространяется от внутренних областей Солнца к его поверхности. Ежесекундно с его поверхности улетучивается в открытый космос более 4 млн. тонн. Учитывая, что наша звезда существует уже не один миллиард лет и продолжает светить без видимых и существенных изменений, можно сделать вывод — запасы водорода у нашего Солнца колоссальны. Когда этот запас исчерпается, остается только догадываться, занимаясь математическими вычислениями. Судя по расчетам ученых, Солнце будет еще так же греть и светить десяток миллиардов лет, пока не закончатся запасы термоядерного топлива.
По мере угасания интенсивности термоядерных процессов начинается заключительная фаза жизни звезды. Плотность звезды уменьшится, а вот ее размеры значительно увеличатся. Вместо желтого карлика Солнце станет Красным гигантом. Достигнув этой стадии, наша звезда покинет главную последовательность и будет спокойно ждать своей смерти. Человечеству не дождаться финала этой драмы, так как гигантское Красное Солнце уничтожит своим огнем практически все живое на нашей планете. Поверхность огромного красного диска раскалиться до температуры 5800 К. Радиус Солнца станет больше в 250 раз по сравнению с нынешними значениями.
Постепенно температура поверхности будет снижаться, а звезда будет увеличиваться в размерах. Заметно вырастет и ее светимость, в 2700 раз по сравнению с нынешней яркостью. Первыми исчезнут Меркурий и Венера. Планета Земля неизбежно через десятки миллиардов лет прекратит свое существование. Атмосфера планеты под влиянием солнечного ветра исчезнет, вода испарится и поверхность планеты превратится в раскаленную каменную глыбу.
В такой фазе наше светило будет пребывать несколько десятков миллионов лет. После того, как температура в центре солнечного ядра достигнет значений 100 миллионов по Кельвину, запустится процесс горения гелия и углерода. Новый виток цепных реакций окончательно истощит Солнце. Сильно уменьшившаяся масса звезды не сможет удерживать внешнюю оболочку, которую пульсирующие термоядерные процессы развеют в пространстве. На месте красного гиганта образуется планетарная туманность, в центре которой останется ядро бывшей звезды — белый карлик. Другими словами, через десятки миллиардов лет наше гостеприимное светило превратится в маленький плотный и горячий объект размерами с нашу планету. В таком состоянии звезда будет пребывать еще довольно длительное время, медленно умирая и тлея.
Строение и структура Солнца
Близость Солнца позволяет получить представление о его строении и структуре, получить данные о том, как работает этот естественный термоядерный реактор и какие в нем происходят процессы. Интересным будет разобрать структуру, которая состоит из следующих компонентов:
- ядро;
- зона лучистой энергии;
- конвективная зона;
- тахоклин.
Далее начинаются слои солнечной атмосферы:
Звезда не является твердым телом, ввиду того, что мы имеем дело с раскаленным газом, плотно сжатым в сферическую область. При таких температурах существование любого вещества в твердом виде физически невозможно. Яркий свет и тепло, излучаемые Солнцем, являются следствием тех же процессов, с которыми человек столкнулся при создании атомной бомбы. Т.е. материя под действием огромного давления и высоких температур преобразуется в энергию. Основным топливом является водород, который в составе Солнца составляет 73,5-75%, поэтому основным источником тепла является процесс термоядерного синтеза водорода, сосредоточенный главным образом в ядре, центральной части звезды.
Солнечное ядро составляет ориентировочно 0,2 солнечного радиуса. Именно здесь идут главные процессы, за счет которых Солнце живет и снабжает световой и кинетической энергией окружающее космическое пространство. Процесс переноса лучистой энергии от центра звезды к верхним слоям осуществляется в зоне лучистого переноса. Здесь фотоны, стремящиеся от ядра к поверхности, перемешиваются с частицами ионизированного газа (плазмой). За счет этого происходит обмен энергией. В этой части солнечного шара располагается особая зона – тахоклин, которая отвечает за образование магнитного поля нашей звезды.
Далее начинается самая масштабная область Солнца — конвективная зона. Эта область составляет почти 2/3 солнечного диаметра. Один только радиус конвективной зоны практически равен диаметру нашей планеты – 140 тыс. километров. Конвекция представляет собой процесс, при котором плотный и разогретый газ равномерно распределяется по всему внутреннему объему звезды по направлению к поверхности, отдавая тепло следующим слоям. Этот процесс происходит беспрерывно и его можно видеть, наблюдая за поверхностью Солнца в мощный телескоп.
На границе внутренней структуры и атмосферы звезды находится фотосфера — тонкая, всего 400 км глубиной, оболочка. Именно ее мы и видим при своих наблюдениях за Солнцем. Фотосфера состоит из гранул и неоднородна по своей структуре. Темные пятна сменяются яркими участками. Такая неоднородность связана с разным периодом остывания поверхности Солнца. Что касается невидимой части спектра поверхности нашего светила, то в этом случае мы имеем дело с хромосферой. Это плотный слой атмосферы Солнца, и его можно видеть только во время солнечного затмения.
Наиболее интересными солнечными объектами для наблюдения являются протуберанцы, которые по виду напоминают длинные волокна, и солнечная корона. Эти образования являются гигантскими выбросами водорода. Возникают протуберанцы и перемещаются по поверхности Солнца с огромной скоростью — 300 км/с. Температура этих петлей превышает отметку 10 тыс. градусов. Солнечная корона представляет собой внешние слои атмосферы, которые по толщине превышают диаметр самой звезды в несколько раз. Точной границы у солнечной короны нет. Ее видимая граница является только частью этого огромного образования.
Завершающим этапом солнечной активности является солнечный ветер. Этот процесс связан с естественным истечением звездного вещества через внешние слои в окружающее космическое пространство. Солнечный ветер в основном состоит из заряженных элементарных частиц — протонов и электронов. В зависимости от цикла солнечной активности скорость солнечного ветра может быть различной от 300 км в секунду до отметки в 1500 км/с. Эта субстанция распространяется по всей солнечной системе, оказывая влияние на все небесные тела нашего ближнего космоса.
Примерно такую структуру имеют и другие звезды, входящие в главную последовательность. Другие небесные светила, которые мы наблюдаем на ночном небосклоне, могут иметь другую структуру. Различия могут состоять только в массе звезды, которая в данном случае является ключевым фактором для звездной активности.
Особенности нашей звезды
Как и все нормальные звезды, которых во Вселенной большинство, Солнце является основным объектом нашей планетарной системы. Огромная масса звезды и ее размеры обеспечивают баланс гравитационных сил, обеспечивая упорядоченное движение небесных тел вокруг нее. На первый взгляд наше светило ничем особенным не отличается. Однако за последние годы сделан ряд открытий, которые позволяют утверждать об уникальности Солнца. К примеру, Солнце дает на порядок меньше излучения в ультрафиолетовом диапазоне, чем другие однотипные звезды. Другая особенность заключается в состоянии нашей звезды. Солнце относится к переменным звездам, однако в отличие от своих сестер по космосу, которые меняются интенсивность и яркость света, наше светило продолжает светить ровным светом.
Также оно выделяет огромное количество энергии, при этом видимыми являются только 48% этого количества. Невидимое человеческому глазу инфракрасное излучение составляет 45% энергии Солнца. Из всего того огромного количества солнечного излучения наша планета получает совсем крохи, около половины миллиардной доли, однако этого вполне хватает для поддержания баланса, создавшихся на Земле условий.
Заключение
Оценивая полученные на сегодняшний день данные о Солнце, нельзя утверждать, что мы досконально знаем природу нашей звезды. Все представления о строении и структуре Солнца держатся на математических и физических моделях, созданных человеком. Анализ процессов, происходящих внутри нашей звезды и на ее поверхности, позволяет найти объяснение тем процессам и явлениям, которые происходят на нашей планете. Солнце является не только генератором энергии, обогревающим нашу планету, но и самым мощным источником радиоизлучения и электромагнитных волн, которые воздействуют на биосферу Земли. Любое изменение активности Солнца мгновенно отражается на состоянии земного климата и нашем самочувствии.
Источник
Солнце: строение, характеристики, интересные факты, фото, видео
Земная жизнь обязана своим происхождению небесному светилу. Оно греет и освещает всё находящееся на поверхности нашей планеты. Недаром поклонение Солнцу и представление его в качестве великого небесного бога нашло отражение в культах первобытных народов, населявших Землю.
Прошли века, тысячелетия, но важность его в жизни человека только возросла. Все мы – дети Солнца.
Что собой представляет Солнце?
Звезда из Галактики Млечный Путь, своей геометрической формой, представляющая огромный, раскалённый, газообразный шар, постоянно излучающий потоки энергии. Единственный источник света и тепла в нашей звёздно-планетарной системе. Сейчас Солнце пребывает в возрасте жёлтого карлика, согласно общепринятой классификации типов светил вселенной.
Сравнение Солнца и планет
Характеристики Солнца
Солнце обладает следующими параметрами:
- Возраст –4,57 миллиарда лет;
- Расстояние до Земли: 149 600 000 км
- Масса: 332 982 масс Земли (1,9891·10³⁰ кг);
- Средняя плотность – 1,41 г/см³ (она увеличивается в 100 раз от периферии к центру);
- Орбитальная скорость Солнца равна 217 км/с;
- Скорость вращения: 1,997 км/с
- Радиус: 695-696 тыс. км;
- Температура: от 5 778 К на поверхности до 15 700 000 К в ядре;
- Температура короны:
1 500 000 К;
Из чего состоит Солнце?
По своему химическому составу наше светило ничем не отличается от других звёзд и содержит: 74,5% – водорода (от массы), 24,6% – гелия, менее 1% – иных веществ (азот, кислород, углерод, никель, железо, кремний, хром, магний и другие вещества). Внутри ядра идут беспрерывные ядерные реакции превращающие водород в гелий. Абсолютное большинство массы Солнечной системы – 99,87% принадлежит Солнцу.
Состав Солнца
Строение Солнца
В самом центре тела нашей звезды расположено ядро. Оно занимает четверть радиуса Солнца. Именно тут «бушуют» термоядерные реакции, порождая видимое нам излучение. Вследствие огромных размеров, плотность вещества внутри светила огромна – в 150 раз больше плотности воды.
Далее находится зона лучистого переноса, по которой хаотично движутся фотоны. Удивительно, что в среднем достигают они следующего слоя за 170 тысяч лет.
Конвективная зона – внешняя область Солнца, где движение плазмы происходит за счёт явления конвекции (тёплое устремляется наверх и остывает, холодное идёт вниз для нагревания). Между этими двумя областями располагается тонкий слой под названием «тахоклин» – область возникновения магнитного поля.
Солнечная атмосфера трёхслойная: хромосфера, переходная часть, корона. Видимая глазу поверхность глубиной несколько сотен километров, носит название – фотосфера.
Поверхность
Температура фотосферы колеблется в пределах: от 8000 К на глубине 300 км до 4000 К в самых верхних слоях. Скорость вращения составляющего её газа неравномерна. 24 дня в области экватора и 30 на полюсах. Красный цвет хромосферы можно различить только во время полного солнечного затмения.
Солнечные пятна, факелы и гранулы
Солнечная поверхность по уровню свечения неоднородна и имеет менее яркие области, называемые солнечными пятнами. Продолжительность существования, которых варьируется от нескольких дней до нескольких недель. Необходимо отметить, что есть пятна, превышающие диаметр Земли.
Солнечные пятна
Кроме того, на поверхности Солнца расположены:
- Факелы – участки повышенной яркости, – «родные братья» солнечных пятен, часто предшествующие или последующие их возникновению;
- Гранулы, размером примерно в тысячу километров, покрывающие собой всю фотосферу и различимые обычным глазом;
- Супергранулы, габаритами в 35 000 км, тоже целиком обволакивающие всю поверхность светила. Но проявляют они себя лишь с помощью физических эффектов.
Внутри Солнца
Согласно, гипотезы Ханса Бете, внутри Солнца постоянно происходят реакции превращения водорода в гелий с большим выделением тепловой энергии. Своего рода – действующая 5 млрд. лет, водородная бомба. С запасом ещё на такой же срок.
Три года назад учёные Даремского университета из Великобритании выдвинули гипотезу поглощения вещества тёмной материи нашим светилом. Якобы она служит переносчиком энергии внутри Солнца. Ответ на вопрос можно будет получить, проведя исследования на базе самого большого ускорителя – адронного коллайдера. Для этого необходимо иметь хотя бы частицу тёмной материи.
Солнечный ветер
Это направленное от Солнца движение ионизированных частиц в сторону выхода за пределы нашей системы. Причиной возникновения столь интересного явления служит разность сил гравитации и давления верхних слоёв солнечной короны, не способная удержать поток ядерной плазмы в пределах нашей звезды (существует звёздный ветер других небесных светил). Скорость его может доходить до 1200 км/сек, а потоки пронизывать всё космическое пространство.
Первооткрывателем данного явления стал американский астрофизик Юджин Паркер. Но задолго до него ряд учёных делал предположения об излучение заряженных частиц с поверхности светила. В частности, Людвиг Бирманн из Германии сделал очень любопытное наблюдение хвостов комет. Оказывается, они всегда направлены в сторону от Солнца. Значит, испытывают на себе какое-то физическое воздействие.
Распространение солнечного ветра в космосе
С началом космической эры, гипотеза Паркера нашла своё подтверждение. Были проведены замеры потоков солнечного ветра со станций: «Луна-1», «Маринер-2». Даже был организован 4-х спутниковый эксперимент по замеру силы ударной волны (столкновение солнечного ветра с магнитосферой планеты). В процессе удалось получить уникальные научные данные с высокой точностью измерений.
Почему светит Солнце?
Немало философов и учёных пытались ответить на этот, вроде бы простой вопрос. Древнегреческий астроном Анаксагор за свою теорию раскалённого металлического шара умудрился попасть в тюрьму. Ясность наступила с началом XX-го века и открытием явления радиоактивности, а затем возможности проведения управляемой ядерной и термоядерной реакции.
Именно эти открытия приподняли завесу тайны происхождения самого распространённого явления природы. Английские учёные Эрнест Резерфорд и Артур Эддингтон первыми высказали предположение о протекании реакций термоядерного синтеза в глубинах нашего светила.
Благодаря этому, водород Солнца постепенно превращается в гелий, выпуская потоки фотонов, которые мы наблюдаем в качестве света.
Солнечное затмение
Такое событие, как затмение Солнца, всегда вызывало гамму чувств у невежественных людей, сопровождающихся ужасом и паникой. Находились и желающие «погреть на этом руки» и заработать авторитет предсказателей и ясновидцев. Но не только существа мыслящие, но и животные реагируют на появление темноты. Впрочем, в большинстве своём, воспринимая её как наступление ночи.
Научное объяснение явлению простое: Луна закрывает Солнце. Происходит это только во время новолуния (примерное нахождение всех трёх небесных объектов на одной линии, да и то не всегда). Виды солнечных затмений с позиции земного наблюдателя:
- «Частное» – спутник закрывает светило частично.
- «Полное» – солнечный диск закрыт полностью.
- «Кольцеобразное» – конус отбрасываемой тени не достигает земной поверхности.
- «Полное кольцеобразное» или «гибридное» – два наблюдателя в разных точках одновременно видят один из видов солнечных затмений.
Солнечное затмение
Наблюдение данного явления позволило совершить ряд важных открытий и рассмотреть корону и атмосферу Солнца. Что в обычных условиях, крайне затруднено. Кстати, само зрелище не балует землян частотой своего появления. Регулярность появления события составляет: 237-мь раз за век.
Как возникло Солнце?
Есть разные теории происхождения Солнца. Наиболее популярная из них утверждает, что светило сформировалось из газопылевого облака, возникшего в результате сверхновой звезды. В качестве доказательства приводится аргумент наличия большого количества урана и золото в центральном теле нашей звёздной системы.
Другая гипотеза прослеживает длинную цепочку превращений: комета с периферии Галактики -> ледяная планета -> планета-гигант -> инфракрасный карлик -> жёлтый карлик. Накапливая массу, Солнце под воздействием сил гравитации довело плотность ядра до запуска термоядерных реакций, и возможности удержания атмосферы. Причём притяжение огромного шара позволило не отпускать от себя даже лёгкие газы: водород и гелий. Правда с поверхности светила, они всё равно улетучиваются в космическое пространство.
Образование Солнечной системы
Существует несколько звёзд – аналогов Солнцу в созвездиях: Близнецов, Скорпиона, Гончих Псов, Корма, Дракона. Их светимость, температура, масса, плотность и примерный возраст совпадают с нашим светилом.
Жизненный цикл Солнца
По всей видимости, Солнце своим появлением обязано протозвёздам предыдущих поколений, так как в его составе содержится значительное количество металлов. Возраст его составляет 4,5 -4,75 млрд. лет, причём всё это время оно увеличивает свою яркость и температуру (разгорается).
Жизненный цикл звезд
Такой физический процесс не может идти без потери массы водорода, являющегося основным элементом в составе светила. Когда-нибудь это закончится, водород сгорит и улетучиться, а гелий начнёт сжиматься. Размеры светила станут увеличиваться вплоть до достижения пределов орбиты Земли. Солнце станет красным гигантом и будет находиться в таком состоянии предположительно 120 млн. лет. Затем возникнет туманность вследствие значительного уменьшения массы и гигантского расширения наружного слоя. Из красного гиганта оно превратится в белого карлика, который почернеет через несколько триллионов лет.
Расположение Солнца в галактике
Нам крупно повезло, так как Солнечная система расположена в обитаемой зоне галактики Млечный Путь, что способствует возникновению жизни по целому ряду причин. В нашей галактике имеются 4-е главные спиральные рукава. Вот на краю одного из них – рукаве Ориона и пребывает в настоящее время Солнце.
Движение Солнечной системы в нашей галактике
Это окраина, и расстояние от неё до центра составляет около 8-и тысяч парсеков (1 парсек = 3,2 световых года). Поэтому последние 4,5 млрд. лет мы живём достаточно спокойно, не подвергаясь галактическим катаклизмам.
Такими данными наука стала располагать благодаря исследованиям двух астрономов: Уильяма Гершеля и Харлоу Шепли. Последний смог создать детальную карту нашей галактики. Оказывается, Солнечная система вращается вокруг галактического центра, со скоростью более 200 км/сек. И успела за время своего существования обернуться вокруг него 30 раз.
Солнце и Земля
Влияние светила на нашу планету бесконечно огромно. И это не преувеличение. Земля вращается вокруг Солнца, как бы подставляя ему свои «бока», что обуславливает изменения времён года и переход день-ночь.
Вращение Земли вокруг Солнца
Мало того, за счёт излучаемого тепла и света возникла и продолжает существовать жизнь во всём многообразии. Ежегодно и «совершенно бесплатно» каждый квадратный километр поверхности Земли получает 342 Вт энергии. Стоит только посмотреть тариф, умножить эту цифру на количество часов в году, как сразу становится ясно, насколько мы богаты.
Но это лишь малая доля безмерных богатств нашей планеты, щедро одариваемой Солнцем. Именно под воздействием его лучей идёт беспрерывный рост растений, насыщение атмосферы столь необходимым для дыхания кислородом, бесконечная дезинфекция окружающей среды, и оздоровление человеческого организма.
Мы научились вырабатывать электроэнергию, используя ресурсы планеты, созданные опять же благодаря Солнцу. И можно быть абсолютно уверенными в том, что пользуясь его благами в ближайшие несколько миллиардов лет, человечество достигнет космических высот и вселенского уровня развития.
Солнце в мифологии
Культ яркого золотого диска, дарящего свет и тепло, был широко распространён по всему Земному шару в древности. Ему поклонялись, обожествляли, молились, делали бесконечные жертвоприношения. Солнце воспевали и славили.
Центральный бог целого ряда пантеонов древности – не что иное, как наше небесное светило. Не удивительно, что оно стало символом могущества, богатства, власти. А его земным олицетворением всегда было золото.
Солнце в мифологии превращали в живое существо, именно от него вели свой род древние цари и правители. Более того, земные жители испытывали невероятный страх и ужас перед Солнцем, всячески боясь его гнева и погасания. Древние народы Америки приносили жертвы, чтобы умилостивить верховное божество. А греки создали красивую космогоническую легенду о Фаэтоне.
И в наши дни проявляются отголоски былого: то вдруг появится сообщение о взрыве любимой звезды, то её пятна начнут разрастаться до небывалых размеров. Такие страхи невероятно живучи и устойчивы и часто попадают на «благодатную почву слепых верований» несведущих обывателей.
Интересное видео о Солнце
Если Вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
Источник