Наша ближайшая звезда - Солнце

Наша  ближайшая звезда - Солнце

  

Общие сведения о Солнце

 

Введение 

Солнце играет исключительную роль в жизни Земли. Весь органический мир нашей

планеты обязан Солнцу своим существованием. Солнце - не только источник света

и тепла, но и первоначальный источник многих других видов энергии (энергии

нефти, угля, воды, ветра).

Издавна у разных народов Солнце было объектом поклонения. Его считали самым

могущественным  божеством. Культ непобедимого Солнца был одним из самых

распространённых (Гелиос – греческий бог Солнца, Аполлон – бог Солнца у

римлян, Митра –  у персов, Ярило – у славян и т. д.). В честь Солнца

воздвигали храмы, слагали гимны, приносили жертвы. Ушло в прошлое религиозное

поклонение дневному светилу. Сейчас учёные исследуют природу  Солнца, выясняют

его влияние на Землю, работают над проблемой применения практически

неиссякаемой солнечной  энергии.

Солнце – это  наша звезда. Изучая Солнце, мы узнаём о многих явлениях и

процессах, происходящих на других звёздах и недоступных  непосредственному

наблюдению из-за огромных расстояний, которые отделяют нас от звёзд.

    

Эволюция  Солнца и Солнечной  системы 

Возраст Солнца примерно равен 4.5 миллиарда лет. С момента  своего рождения

оно израсходовало  половину водорода содержащегося в  ядре. Оно будет

продолжать "мирно" излучать следующие 5 миллиардов лет  или около того (хотя

его светимость возрастет  примерно вдвое за это время). Но, в конце концов,

оно исчерпает  водородное топливо, что приведет к  радикальным переменам, что

является обычным  для звезд, но увы приведет к полному уничтожению Земли (и

созданию планетарной  туманности).

Эволюция Солнца:

A.   На Солнце  начинают идти ядерные реакции  в ядре. Это называется рождением

звезды, до начала ядерных реакций объект называют протозвездой, и в ядре еще

слишком низкая температура  для того, что бы началось ядерное  горение.

B.   К этому  времени, примерно половина водорода  в ядре будет преобразована  в

гелий. Это та ситуация в которой Солнце находится сейчас (с момента рождения

Солнца прошло примерно 4.5 миллиарда лет).

C.   Водород  в ядре практически полностью  переработан, и начинается горение

водорода в слоевом  источнике вокруг ядра. Это заставляет Солнце раздуваться.

Его радиус становится примерно на 40% больше, а светимость удваивается.

D.   Через  полтора миллиарда лет, поверхность  Солнца станет в 3.3 раза больше

чем сейчас, а температура  опустится до 4300 градусов Кельвина. Если глядеть с

Земли, то Солнце будет  выглядеть как большой оранжевый  шар. Однако главная

проблема в том, что температура Земли при  этом поднимется на 100 градусов и

все моря испарятся, так что не останется наблюдателей этой грандиозной

картины. В последующие 250 миллионов лет радиус Солнца вырастет в 100 раз, и

его светимость возрастет  более чем в 500 раз. Оно займет практически пол неба

на планете, которая  когда-то была Землей.

E.    Температура  ядра возрастет так высоко, что  начнет протекать реакция

превращения гелия  в углерод. Возможно, этот процесс  будет носить взрывной

характер и одна треть солнечной оболочки будет  рассеяна в космосе.

Что случится после  этого в настоящее время неизвестно. Солнце станет ярче, и

все внешние слои будут унесены в космос очень  сильным солнечным ветром. Это

явление называют образованием планетарной туманности; примеры таких объектов

часто наблюдаются  в космосе (внутри планетарной туманности всегда есть

звезда, ее породившая).

После этого останется  практически только ядро бывшего  Солнца, так называемый

белый карлик, имеющий  массу в два раза меньшую, чем  масса современного

Солнца, но с ненормально  высокой плотностью вещества: 2 тонны  на кубический

сантиметр. Этот белый  карлик будет медленно остывать, превращаться в черный

карлик и это  будет конец Солнца.

    

Вид Солнца в телескоп

  

Наблюдения Солнца требуют большой осторожности. Нельзя смотреть на Солнце, не

защитив глаза  очень плотным (тёмным) светофильтром! Но даже со светофильтром

не рекомендуется  смотреть на Солнце в школьный телескоп. Лучше установить на

окулярном конце телескопа экран с листом белой бумаги и рассматривать

изображение Солнца на экране. Это позволит увидеть  на Солнце тёмные пятна

(Солнечные пятна)  и светлые участки (факелы), которые  заметнее вокруг пятен

вблизи края Солнечного диска. На современных обсерваториях  для наблюдения

Солнца применяют  телескопы специальных конструкций  – солнечные телескопы.

Таким телескопам оснащена, например, Крымская Астрофизическая  Обсерватория.

    

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 твёрдое  тело. Пятна, находящиеся в

близи экватора Солнца, опережают пятна, расположенные  в средних широтах.

Следовательно, скорости вращения разных слоёв 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.

    

Положение Солнца в галактике

 

Солнце – центральное  тело Солнечной системы, раскаленный  плазменный шар,

типичная звезда-карлик спектрального класса G2.

·         Расстояние от Солнца до центра галактики  – 104пк~3/3*104 световых лет

·         Скорость движения Солнца вокруг центра Галактики – 250 км/с

·         Период обращения Солнца вокруг центра Галактики - 2*108 лет

·         Земной наблюдатель видит солнечный  диск под углом 0,5°.

    

Характеристики  Солнца

 

·         Масса MS~2*1023 кг,

·         RS~629 тыс км,

·         V= 1,41.1027 м3, что почти в 1300 тыс. раз  превосходит объем Земли,

·         средняя плотность 1,41*103 кг/м,

·         светимость LS=3,86*1023 кВт,

·         эффективная температура поверхности (фотосфера) 5780 К,

·         период вращения (синодический) изменяется от 27 сут на экваторе до

32 сут у полюсов,

·         ускорение свободного падения 274 м/с2. (при таком огромном

ускорении силы тяжести человек массой 60 кг весил бы более 1,5 т.).

Химический состав был определен из анализа солнечного спектра. Оказалось, что

на Солнце больше всего водорода, а затем гелия. Открыто там много и других

химических элементов (кислород, кальций, железо, магний, натрий и др.), но

все вместо они составляют очень малую долю по сравнению с водородом. На

Солнце не обнаружено никаких химических элементов, помимо тех, которые

имеются на Земле. Это указывает на то, что небесные тела состоят из тех же

веществ, что и  Земля. Но на разных небесных телах  вещество может находиться в

самых различных  состояньях.

Корона во внутренней части представляет собой чрезвычайно  разреженное облако

легких частичек, главным образом частичек электричества  – электронов,

выделяющихся из нижележащих слоев. Все они быстро движутся в разных

направлениях, но преимущественно в сторону от Солнца. Скорость их так же

велика, как у газа при температуре до миллиона градусов. Во внешней части

короны к ним  примешаны и частички пыли, которая  носится в межпланетном

пространстве.

    

Строение  Солнца 

    

    

Внутренние  слои Солнца

 

В центральной  части Солнца находится источник его энергии, или, говоря

образным языком, та "печка", которая нагревает  его и не дает ему остыть. Эта

область называется ядром. Под тяжестью внешних слоев  вещество внутри Солнца

сжато, причем, чем  глубже, тем сильнее. Плотность его  увеличивается к центру

вместе с ростом давления и температуры. В ядре, где  температура достигает 15

млн. кельвинов, происходит выделение энергии.

Ядро имеет радиус не более четверти общего радиуса  Солнца. Однако в его

объеме сосредоточена половина солнечной массы и выделяется практически вся

энергия, которая  поддерживает свечение Солнца.

Существуют различные  способы передачи энергии в зависимости  от физических

условий среды, а  именно: лучистый перенос, конвекция  и теплопроводность.

Теплопроводность  не играет большой роли в энергетических процессах на Солнце

и звездах, тогда  как лучистый и конвективный переносы очень важны.

Сразу вокруг ядра начинается зона лучистой передачи энергии, где она

распространяется  через поглощение и излучение  веществом порций света –

квантов.

Плотность, температура  и давление уменьшаются по мере удаления от ядра, и в

этом же направлении идет поток энергии. В целом процесс этот крайне

медленный. Чтобы  квантам добраться от центра Солнца до фотосферы, необходимы

многие тысячи лет: ведь, переизлучаясь, кванты все время меняют направление,

почти столь же часто двигаясь назад, как и вперед. Но когда они, в конце

концов, выберутся  наружу, это будут уже совсем другие кванты. Что же с ними

произошло?

В центре Солнца рождаются  гамма-кванты. Их энергия в миллионы раз больше, чем

энергия квантов  видимого света, а длина волны  очень мала. По дороге кванты

претерпевают удивительные превращения. Отдельный квант сначала  поглощается

каким-нибудь атомом, но тут же снова переизлучается; чаще всего при этом

возникает не один прежний квант, а два или даже несколько. По закону