Как составить характеристику солнца

Солнце является основным источником энергии для Земли и всей Солнечной системы. Без него жизнь на нашей планете была бы невозможна. Неслучайно у многих древнейших цивилизаций (например, у египтян) именно бог Солнца считался верховным божеством, которому все остальные Боги были подчинены. Однако современная наука может рассказать о нашем светиле значительно больше, чем древнеегипетские мифы. Какие процессы протекают внутри Солнца, какова история этой звезды, и какое будущее ожидает ее через миллиарды лет?

Общая характеристика

Солнце – это огромный разогретый шар из газа, чей диаметр оценивается в 1,392 млн км. Это в 109 раз больше диаметра нашей планеты. На звезду приходится 99,87% всей массы Солнечной системы.

С Земли кажется, что светило имеет желтый цвет, однако это иллюзия, связанная с влиянием атмосферы нашей планеты на солнечный свет. На самом деле Солнце излучает почти белый свет.

Солнце – это одна из сотен миллиардов звезд галактики Млечный путь. Ближайшая к Солнцу звезда – это Проксима Центавра, находящаяся от неё на расстоянии 4,24 световых лет. Для сравнения – расстояние от Земли до Солнца, принимаемое за астрономическую единицу (а.е.), солнечный свет проходит всего за 8,32 минут.

По астрономической классификации Солнце относится к типу «желтых карликов». Это значит, что оно не так и велико по сравнению с размерами других звезд, но довольно ярко светит. Наше светило входит 15% самых ярких звезд Млечного Пути. Вместе с тем в галактике есть звезды, чей радиус превышает солнечный в 2000 раз!

Источником тепла, излучаемого звездой, являются термоядерные реакции. В центре Солнца атомы водорода сливаются друг с другом, в результате чего образуется атом гелия и некоторое количество энергии. Это реакция называется протон-протонным циклом, на него приходится порядка 98% энергии, вырабатываемой светилом. Однако имеют место и иные реакции, в ходе которых «сгорают» такие элементы, как гелий, углерод, кислород, неон и кремний, а образуются металлы (железо, магний, кальций, никель) и другие элементы (сера). Все эти процессы называют звездным нуклеосинтезом.

Влияние Солнца на окружающие небесные тела огромно. Солнечный ветер (частицы вещества, излучаемого звездой), доминируют в межпланетном пространстве на расстоянии до 100-150 а.е. от светила. Считается, что гравитация нашей звезды определяет орбиты тел, находящихся даже на расстоянии светового года от неё (в облаке Оорта).

Само Солнце также вращается вокруг своей оси. Так как оно состоит из газов, то разные его слои вращаются с разной угловой скоростью. Если в районе экватора период обращения составляет 25 дней, то на полюсах он увеличивается до 34 дней. Более того, последние исследования показывают, что внутренние области совершают оборот значительно быстрее, чем внешняя оболочка.

Таблица «Основные физические характеристики Солнца»

Средний диаметр	1 392 000 км
Длина экватора	4 370 000 км
Масса	1,9885•1030 кг (примерно 333 тысячи масс Земли)
Площадь поверхности	6 триллионов км²
Объем	1,41•1018 км³
Плотность	1,409 г/м³
Температура на поверхности	6000° С
Температура в центре звезды	15 700 000° С
Период вращения вокруг своей оси (на экваторе)	25,05 дней
Период вращения вокруг своей оси (на полюсах)	34,3 дня
Наклон оси вращения к эклиптике	7,25°
Минимальное расстояние до Земли	147 098 290 км
Максимальное расстояние до Земли	152 098 232 км
Вторая космическая скорость	617 км/с
Ускорение свободного падения	27,96g
Светимость (мощность излучения)	3,828•1026 Вт

Состав Солнца

Основными элементами, из которых состоит наша звезда, являются водород (73,5% солнечной) и гелий (24,9%). На все остальные элементы приходится примерно 1,5%.

Химический состав светила непостоянен – он меняется из-за превращений, происходящих во время термоядерных реакций. На заре своего существования Солнце почти полностью состояло из водорода. В ходе термоядерных реакций этот элемент превращается в гелий, поэтому его массовая доля падает. Гелий также превращается в более тяжелые элементы, однако, однако в целом его доля возрастает. Изменения химического состава звезд оказывают огромное влияние на процессы их эволюции.

Строение Солнца

Конечно, у Солнца, состоящего из газов, нет привычной нам твердой поверхности. Значительную ее часть составляет атмосфера, которая по мере движения к центру светила уплотняется. Тем не менее принято выделять 6 «слоев», из которых состоит звезда. Три из них являются внутренними, а следующие три образуют солнечную атмосферу.

Внутреннее строение Солнца

Внутренняя структура нашей звезды включает следующие слои:

Ядро

В центре светила располагается ядро. Именно в этой области идут термоядерные реакции. Радиус ядра оценивается в 150 тыс. км. Температура здесь не опускается ниже 13,5 млн градусов, а давление доходит до 200 млрд атм. Из-за этого вещество здесь находится в крайне плотном состоянии. Его плотность составляет 150 г/куб. см. Это в 7,5 раз выше плотности золота. Именно такие условия необходимы для протекания термоядерных реакций. Надо понимать, что именно в ядре вырабатывается энергия, которую и излучает Солнце. Все остальные области звезды лишь обогреваются ядром, но сами ее не вырабатывают.

Зона лучистого переноса

Над ядром располагается зона радиации, которую также именуют зоной лучистого переноса. Ее внешняя граница проходит по сфере радиусом 490 тыс. км. Температура постепенно падает от отметки в 7 млн градусов на границе с ядром до 2 млн градусов у внешней границы. Также и плотность вещества снижается с 20 до 0,2 г/куб. см. Тем не менее из-за высокой плотности атомы водорода не могут двигаться. То есть если при нагреве, например, воды ее теплые слои поднимаются на поверхность, перенося туда тепло, то здесь такой механизм не работает – вещество остается неподвижным. Единственный способ энергии пробраться через зону радиации – это длительная цепочка поглощений и излучений фотонов атомами водорода. Из-за этого фотон, возникший при термоядерной реакции в ядре, в среднем «пробирается» наружу через зону радиации примерно 170 тыс. лет!

Зона конвективного переноса

Выше располагается зона конвективного переноса толщиной 200 тыс. км. Здесь плотность уже невысока, и вещество активно перемешивается – нагретые газы поднимаются наверх, отдают тепло, остывают и снова погружаются вниз. Скорость газовых потоков может достигать 6 км/с. Именно это движение порождает магнитное поле Солнца. Температура на поверхности падает до 6000° С, а плотность на три порядка ниже плотности земной атмосферы.

Атмосфера

Атмосфера Солнца состоит из следующих слоев:

Фотосфера

Нижний слой атмосферы называют фотосферой. Именно она излучает тот свет, который согревает планеты Солнечной системы. Толщина фотосферы колеблется от 100 до 400 км. На внешней границе фотосферы температура падает до 4700° С.

Хромосфера

Над фотосферой располагается хромосфера – слой толщиной около 2000 км. Её яркость очень мала, поэтому с Земли её можно наблюдать довольно сложно. Удобнее всего это делать во время солнечных затмений. Она имеет специфический красный оттенок. В хромосфере можно наблюдать спикулы – столбы плазмы, выбрасываемые из нижних слоев хромосферы. Время существования одной спикулы не превышает 10 минут, а длина доходит до 20 тыс. км. Одновременно в хромосфере находится около миллиона спикул. Интересно, что с увеличением высоты температура хромосферы не падает, а растет, и на верхней границе может доходить до 20 000° С.

Корона

Верхний слой атмосферы называется короной. Ее верхняя граница до сих пор четко не определена. Вещество в ней крайне разрежено, однако температура в ней может достигать нескольких миллионов градусов. На сегодня ученым не удалось полностью объяснить, за счет каких механизмов солнечная корона разогревается до такой температуры. В короне можно наблюдать протуберанцы – выбросы солнечного вещества, чья высота над поверхностью звезды может достигать 1,7 млн км.

Магнитное поле Солнца

У Солнца есть магнитное поле. Исследователи выделяют глобальное поле звезды и множество локальных полей.

Глобальное поле обладает цикличностью. Его напряженность колеблется с частотой 11 лет, при этом наблюдаются изменения в частоте появления солнечных пятен. Такой цикл называют «циклом Швабе» по фамилии ученого, заметившего ещё в XIX веке, что количество солнечных пятен на поверхности светила меняется циклически. Лишь позже стала очевидна связь этого явления с процессами в зоне конвективного переноса и колебаниями магнитного поля. В начале XX века стало ясно, что за один цикл Швабе полярность магнитного поля меняется на противоположное. То есть Солнцу нужна два 11-летних цикла, чтобы магнитное поле вернулось к начальному состоянию. В связи с этим выделяют 22-летний цикл, известный как «цикл Хейла».

В разных районах Солнца могут наблюдаться и малые, то есть локальные магнитные поля. Их напряженность может в тысячи раз превышать напряженность глобального поля, однако время их существования редко превышает несколько десятков дней. Особенно часто локальные поля наблюдаются в районе солнечных пятен. Дело в том, что эти пятна как раз и являются теми точками, через которые магнитные поля из внутренних областей выходят наружу.

Жизненный цикл Солнца

Возраст Солнца оценивается учеными в 4,5 млрд лет. Сформировалось оно из газопылевого облака, которое постепенно сжималось под действием собственной гравитации. Из этого же облака возникли планеты и почти все остальные объекты в Солнечной системе. Когда в центре сжимающегося облака плотность, а вместе с ней температура и давление выросли до критических значений, началась термоядерная реакция – так зажглось Солнце.

В ходе термоядерных реакций масса Солнца постепенно уменьшается. Каждую секунду 4 млн тон солнечного вещества преобразуется в энергию. Вместе с тем звезда разогревается. Каждый 1,1 млрд лет яркость Солнца увеличивается на 10%. Это значит, что ранее температура на Земле была значительно ниже, чем сейчас, а на Венере, возможно, была жидкая вода или даже жизнь (сейчас средняя температура на поверхности Венеры составляет 464° С). В будущем же яркость Солнца будет возрастать, что будет вести к росту температуры на Земле. Через 3,5 млрд лет яркость светила вырастет на 40%, и условия на Земле станут такими же, как и на Венере. С другой стороны, Марс также разогреется и станет более пригодным для жизни. Таким образом, в ходе эволюции звезды так называемая «зона обитаемости», постепенно удаляется от Солнца.

Постепенно из-за выгорания водорода ядро будет уменьшаться в размерах, а вся звезда в целом – увеличиваться. Через 6,4 млрд лет водород в ядре закончится, радиус звезды в этот момент будет больше современного в 1,59 раз. В течение 700 млн лет звезда расширится до 2,3 современных радиусов.

Далее рост температуры приведет к тому, что термоядерные реакции горения водорода запустятся уже не в ядре, а в оболочке звезды. Из-за этого она резко расширится, и ее внешние слои будут достигать современной земной орбиты. Однако к тому моменту светило потеряет значительную часть своей массы (28%), что позволит нашей планете перейти на более отдаленную орбиту. Солнце в этот период своей жизни, который продлится 10 млн лет, будет являться красным гигантом.

После из-за роста температуры в ядре до 100 млн градусов там начнется активная реакция горения гелия – «гелиевая вспышка». Радиус светила сократится до 10 современных радиусов. На выгорание гелия уйдет порядка 110 млн лет, после чего звезда снова расширится и станет красным гигантом, но эта стадия будет длиться уже 20 млн лет.

Из-за пульсаций, связанных с изменениями температуры Солнца, его внешние слои отделятся от ядра и образуют планетарную туманность. Само же ядро превратится в белый карлик – объект, чьи размеры будут сопоставимы размерами Земли, а масса будет равна половине современной солнечной массы. Далее этот карлик, состоящий из углерода и кислорода, будет постепенно остывать. Никаких термоядерных реакций в белом карлике идти не будет, поэтому со временем (за десятки млрд лет) он превратится в черный карлик – остывшую плотную массу вещества. На этом эволюция Солнца завершится.

Орбита и расположение Солнца в галактике Млечный путь

Солнце вместе со всей Солнечной системой вращается относительно центра Млечного пути, в котором располагается огромная черная дыра. Расстояние от нее до нашего светила составляет 26 тыс. св. лет. Один оборот Солнечная система совершает примерно за 225-250 млн лет. Скорость движения звезды относительно центра галактики составляет 225 км/с.

На сегодня Солнце располагается в рукаве Ориона. Нам повезло с расположением Солнечной системы в Млечном Пути. Дело в том, что скорость вращения нашей системы почти совпадает со скоростью вращения так называемых спиральных рукавов. Из-за этого наша система не попадает в них, хотя большинство других звезд периодически оказываются там. В спиральных рукавах очень сильное излучение, которое способно убить всё живое. Если бы Солнце находилось на другой орбите, оно периодически попадало бы в спиральные рукава, что приводило бы к «стерилизации» жизни на Земле.

Исследование Солнца

Изначально люди относились к Солнцу как к божеству, дающему людям свет. Древние астрономы полагали, что наше светило – это лишь одна из планет, к которым также относили и Луну. Поэтому в честь него, как и в честь других планет, нередко называли дни недели. И сегодня в английском языке воскресенье носит название «Sunday», что переводится как «день Солнца». В 800 г. до н. э. китайцы впервые обнаружили на Солнце пятна.

Аристарх Самосский в III в. до н. э. первым предположил, что именно Земля вращается вокруг Солнца, а не наоборот. Но лишь во времена Коперника и Галилея эта теория была принята научным сообществом. Тогда же начались исследования Солнца с помощью телескопа. Галилей понял, что солнечные пятна – это часть светила. Изучая их, он понял, что звезда вращается вокруг своей оси, и даже смог определить период обращения.

В 1672 г. Д. Кассини смог достаточно точно рассчитать расстояние до светила. Для этого он определял положение Марса на небосводе в Париже и Кайенне (Южная Америка). Он получил значение в 140 млн км.

В XIX в. физики стали изучать спектр солнечного света. Этот метод позволял определить химический состав звезды. В 1868 г. было обнаружено, что в состав светила входит элемент, до того неизвестный человечеству. Его назвали гелием.

Большой загадкой для ученых оставалась природа энергии, излучаемой Солнцем. Выдвигались ошибочные версии, что звезда нагревается за счет падения на нее метеоритов или за счет гравитационного сжатия. Лишь с открытием ядерных реакций физики смогли предположить, что источник солнечного тепла – это термоядерный синтез.

Дальнейшее изучение Солнца связано с развитием космонавтики. С помощью советских аппаратов «Луна-1» и «Луна-2» в 1959 г. был открыт солнечный ветер.

Интересные факты о Солнце

Для любого объекта, излучающего тепло, можно посчитать отношение мощности к его объему. Оказывается, что удельная мощность Солнца примерно в тысячу раз меньше, чем удельная мощность человеческого организма! Это означает, что огромный объем выделяемого светилом тепла в первую очередь объясняется его гигантскими размерами.

Периодически всплески солнечной активности приводят к геомагнитным бурям. Мощнейшая из них произошла в 1859 г. В результате на Земле перестала работать телеграфная связь, а северное сияние наблюдалось даже над Кубой.

Сейчас общепризнанна теория, что Солнце образовалось из газопылевого облака. Однако откуда появилось само облако? Ученые предполагают, что оно является остатком предыдущих звезд. Химический анализ показывает, что Солнце является звездой уже третьего поколения. Это значит, что вещество, из которого состоит светило, ранее входило в состав двух других звезд, уже прекративших существование.

Хотя большинство планет вращаются вокруг Солнца в плоскости эклиптики, экватор самой звезды не совпадает с этой плоскостью, а наклонен на 7°. Эту аномалию до сих пор не удалось объяснить. Возможно, причиной этого является существование ещё одной планеты в Солнечной системе, чья орбита лежит не в плоскости эклиптики, а под углом к ней. Ряд наблюдений подтверждает существование Девятой планеты, но пока что говорить об ее открытии преждевременно.

Видео

Список использованных источников

• https://v-kosmose.com/solntse-interesnyie-faktyi-i-osobennosti 
• https://postnauka.ru/faq/65260
• http://obshe.net/posts/id345.html
• https://www.popmech.ru/science/7853-puteshestvie-iz-tsentra-solntsa-nichto-v-mire-ne-vechno-eto-otnositsya-i-k-svetilu-kotoromu-my-obyaz/#part2
• https://astrogalaxy.ru/042a_Sun.html

Солнце – главная причина существования жизни на Земле: наша планета получает необходимое количество тепла для жизни, становится возможными круговороты воды, ветров, течений в природе, растения осуществляют выработку кислорода – все это заслуга Солнца. Не зря, все древние народы главного бога ассоциировали именно с Солнцем, только благодаря ему возможно жизнь на Земле.

Общая характеристика

Для того, чтобы изучать далекие звезды, необходимо сначала изучить свою звезду, для того чтобы понимать, какие процессы могут происходить в далеких звездных системах.

Изучением Солнца люди занимаются испокон веков, узнавая все больше и больше полезной информации.

Солнце – это огромный газовый шар, диаметром ​( 1,392*10^9 )​ метров, что в 109 раз больше диаметра Земли. Какова же масса Солнца – сложно представить – ​( 1,9885*10^{30} )​ кг, это в 332 940 раз больше массы Земли.

На долю Солнца приходится 99,87% всей массы Солнечной системы, и лишь 0,13% на все объекты, включая планета, астероиды, карликовые планеты, кометы и т.д. При этом средняя плотность звезды чуть больше плотность воды – 1,409 г/см3.

Температура внутри солнечного ядра просто колоссальная – 15 700 000 Кельвинов. Эффективная температура поверхности Солнца «всего лишь» 5780 Кельвинов.

С Земли Солнце выглядит желтым, это связано с особенностями рассеивания атмосферы планеты. Но если посмотреть на закон Вина, то максимум излучения нашей звезды приходится на зеленый цвет.

Солнце находится на главной последовательности звезд и является желтым карликом. Это означает, что по размеру наша звезда не входит даже в первую сотню звезд. Существуют звезды, больше нашего Солнца в тысячи раз, как по массе, так и по размерам.

Все составляющие Солнечной системы обращаются вокруг Солнца по эллиптической орбите. Расстояние от Земли до Солнца меняется в течение года от 147 до 152 млн км. Среднее расстояние равно 149,6 млн километров или 8,31 световой минуты или 1 астрономической единице.

В Млечном пути Солнце находится, можно сказать, на окраине. Расстояние до ядра галактики 26000 световых лет или ​( 2,5*10^{20} )​ метров. Так же Солнце не лежит в плоскости диска Млечного пути и находится на расстоянии 48 световых лет (​( 4,6*10^{17} )​ метров) от него. Скорость, с которой наша звезда (и мы вместе с ней) летим вокруг центра Млечного пути составляет 220 км/с. Один галактический год для Солнца равен ​( 2,25-2,50*10^8 )​ лет.

Помимо этого, Солнце совершает обороты вокруг собственной оси. Ближе к экватору скорость вращения больше, чем на полюсах. Один оборот на экваторе происходит за 25 дней, на полюсе – за 34 дня.

Главный источник невероятной энергии, что излучает Солнце – термоядерные реакции, когда водород превращается в гелий с выбросом энергии. Это и есть та энергия или свет, что излучает звезда.

Таблица основных характеристик Солнца

Состав Солнца

Химический состав Солнца полностью отвечает его стадии эволюции, когда в его недрах «горит» водород. Он составляет основу Солнца, на него приходится 73,46% всей массы. Вторым составляющим элементом является гелий, как результат термоядерной реакции – его доля 24,85%.

Так же в состав Солнца входят и другие элементы, но их массовая доля меньше 1%

Строение Солнца

Солнце не просто разогретый до невероятной температуры газовый шар. Наша звезда имеет сложную внутреннюю структуру.

Внутреннее строение Солнца

Солнечное ядро

Ядро имеет радиус 173 тыс километров, что составляет 20% от всего радиуса звезды. Плотность ядра в 150 раз превосходит плотность воды при нормальных условиях.

Именно ядро является «печью» звезды, где проходят термоядерные реакции, когда четыре ядра атомов водорода (четыре протона) образуют гелий-4 с выбросом энергии. Остальные слои Солнца нагреваются уже от ядра. Мощность ядра равна ​( 3,8*10^{26} )​ Ватт, температура – 15 млн Кельвинов.

Скорость вращения вещества внутри ядра превосходит скорость вращения внешних оболочек Солнца вокруг своей оси.

Зона лучистого переноса

Эта зона занимает большую часть звезды от 0,2-,25 до 0,7 радиуса Солнца, если считать от центра. Нижней границей является слой, где начинается термоядерная реакция в ядре. Верхней – где начинается перемешивание вещества.

Водород в зоне лучистого переноса сжат под действием гравитации до такого состояния, что передача тепла путем конвекции (смены местами двух близлежащих протонов) просто невозможна. Так же водород имеет высокую теплопроводность, поэтому температура падает от 7 млн Кельвинов до 2 млн Кельвинов, от внутренних слоев к внешним. Это также мешает образованию конвекционных потоков.

Перенос тепла в этой зоне осуществляется за счет последовательных поглощений и излучений фотонов. При этом, направление движения вновь излученного фотона никак не связано с направлением поглощенного. Излученный фотон может «излучиться» обратно в сторону ядра. Таким образом, движение многократно переизлученного фотона от внутренних слоев к внешним может занимать 10-170 тысяч лет.

В ядре фотоны имеют энергию, соответствующую рентгеновскому излучению. Проходя зону лучистого переноса, переизлученный фотон теряет энергию, в сравнении с поглощенным. В связи с этим, на выходе из лучистой зоны фотоны могут обладать совершенно разной энергией, которая будет охватывать весь спектр длин волн, вместе с видимым светом.

Конвективная зона Солнца

Здесь плотность вещества существенно падает и передача энергии идет путем перемешивания вещества – конвекции. Толщина зоны равна 200 000 км. Здесь температура падает от 2 млн Кельвинов до 5800 Кельвинов.

Вещество в этой зоне нагревается от зоны лучистого переноса и двигается к поверхности. Там оно остывает и «опускается» обратно, тем самым происходит процесс конвекции и передачи тепла. Такие потоки восходящего «теплого» вещества, образуют на поверхности звезды гранулы. Скорость поднятия таких потоков равна 1-2 км/с, а время жизни гранул 10-15 минут.

Атмосфера Солнца

Фотосфера

Нижний слой атмосферы, толщиной 100-400 километров. Именно фотосфера излучает видимый спектр излучения и формирует видимый «образ» Солнца.

Фотосфера оптически почти непрозрачна, поэтому перенос энергии происходит по средствам конвекции, образуя на поверхности Солнца гранулы.

Температура падает от 6600 до 4400 Кельвинов, средняя температура равняется 5772 Кельвина. Водород остается в нейтральном состоянии.

Хромосфера

Внешняя оболочка Солнца, толщиной 10 000 километров. В хромосфере доминирует красная линия поглощения водорода, из-за чего возникает присутствует красный цвет поверхности, это связано с линиями поглощения водорода.

С поверхности хромосферы происходят выбросы плазмы – спикулы. Одновременно можно наблюдать 60-70 тысяч спикул. В хромосфере выделяют два слоя:

• нижний – толщиной 1500 км, состоит из нейтрального водорода.
• верхний – формируется из спикул, водород находится в ионизированном состоянии.

Температура хромосферы растет с высотой от 4000 до 20 000 Кельвинов. Увидеть хромосферу очень сложно из-за ее низкой плотности.

Корона

Самая последняя, внешняя оболочка Солнца. Корона не имеет собственного слоя, а состоит из протуберанцев (конденсации вещества, которые поднимаются и удерживаются магнитным полем) и энергетических извержений.

Температуры короны равна 1-2 млн Кельвинов, идет активное излучение в ультрафиолете и рентгене. Земная атмосфера тормозит это излучение.

Солнечный ветер

Внешний слой короны является источником для потока ионизированных частиц, который истекает со скоростью 300-1200 км/с.  До Земли Солнечный ветер летит 2-3 дня.

Именно Солнечный ветер является причиной магнитных бурь на Земле и полярных сияний. Магнитное поле Земли является барьером для ионизированного потока, но не может остановить его на 100%.

За счет Солнечного ветра Солнце теряет ​( 2-3*10^{-14} )​ от своей массы, излучая при этом ​( 1,3*10^{36} )​ частиц в секунду.

Магнитное поле Солнца

Плазма Солнца имеет хорошую электропроводимость и в ней возникают электрические токи, которые порождают магнитное поле. Современные исследования показывают, что это магнитное поле генерируется в конвекционной зоне. Но есть теории, что в ядре и в зоне лучистого переноса существует более «древнее» магнитное поле, которое возникло вместе с Солнцем

Глобальное магнитное поле Солнца охватывает по масштабу всю звезду. В течение 22 лет магнитное поле Солнце полностью меняет свой знак на противоположный и возвращается обратно: магнитное поле на полюсах сначала становится равным нулю, затем снова начинает возрастать, но уже с другой полярностью.

Мелкомасштабные магнитные поля возникают локально и не отличается регулярностью. Их можно наблюдать по протуберанцам – когда струи плазмы выбрасываются вдоль линий локального магнитного поля.

Солнечная активность и солнечный цикл

Солнечные циклы характеризуются сменой полярности глобального магнитного поля. Солнечные пятна являются следствием такой смены.

Показателем Солнечной активности является число пятен образовавшихся на видимой стороне Солнца – число Вольфа.

Продолжительность Солнечных циклов не равна точно 11 годам, и может изменятся от 7 до 17 лет.

Условным «первым» циклом, считается цикл, максимум которого пришел на 1761 год. С тех пор им дают последовательные номера. Сейчас идет 25-й цикл, который начался в декабре 2019 года.

Жизненный цикл Солнца

Это, пожалуй, самый животрепещущий вопрос для человечества. Возраст Солнца составляет 4,5 млрд лет.

Формирование Солнца происходило из газопылевого облака, которое образовалось под действием сил гравитации. Из него возникла вся Солнечная система, включая планеты. В центре этого облака давление увеличивалось под действием гравитации, следовательно, возрастала и температура. Когда эти параметры достигли критических – начались термоядерные реакции.

Температура Солнца возрастает на 10% каждые миллиард лет. Вероятно, когда-то на Венера были условия, пригодные для жизни, а именно вода в жидком состоянии. Следовательно, в будущем, на Земле жизнь станет невозможной, из-за увеличение температуры.

Так как основной термоядерный синтез происходит за счет перерабатывания водорода в гелий – масса ядра уменьшается и водород выгорает. Через 6,5 млрд лет водород полностью закончится и начнется выгорание гелия. Но теперь эта реакция будет происходить в оболочке звезды. Процессы начнут раздувать звезду, против сил гравитации, и Солнце станет красным гигантом, достигнут размером орбиты Земли.

Через 110 млн лет закончится и гелий, внешние слои Солнца начнут спадать, обнажая ядро. После того, как все оболочки отделяться, на месте Солнца останется белый карлик, который по размеру будет равен размеру Земли, а его масса останется в два раза меньше нынешней массы Солнца.

В белых карликах уже не происходит никаких реакций, и то, что останется от Солнца начнет медленно остывать. Через 10 млрд лет карлик полностью остынет и станет черным карликом.

Исследования Солнца

Солнце всегда вызывало огромный интерес. Его изучение началось очень давно. Начиная с перехода в гелиоцентрическую модель мира, про нашу звезду становилось все больше и больше информации.

Солнечные пятна, первые упоминания которых датируется 12 веком, стали связывать с климатическими явлениями на Земле. В 17 веке Кассини впервые оценил расстояние до Солнца.

Когда началась эпоха фотосъемки, и ее стали проводить не только в видимом диапазоне, стало возможным узнать химический состав Солнца. Далее стало известно, что энергию Солнце черпает из термоядерных реакций.

К Солнцу начали запускать зонды для более детальных снимком поверхности.

Солнечные затмения

Солнечные затмения, пожалуй, самое грандиозное событие на Земле во все времена. В древности, когда Солнце гасло посредине дня, этому приписывали божественное явление и предрекали разные хорошие или плохие события.

Из-за того, что угловые размеры Солнца и Луны удивительным образом совпадают, Солнечное затмение происходит, когда Луна проходит между Солнцем и Землей, закрывая для человечества светило.

Полное Солнечное затмение наблюдается, когда Солнечный диск полностью закрывает Луна. Тогда на некоторое время наступает темнота.

Кольцеобразное затмение происходит, когда луна находится в апогеи (дальше от Солнца), и ее угловой размер чуть меньше Солнечного. Тогда она не полностью закрывает Солнечный диск, оставляя тонкое кольцо.

Частичное затмение происходит, когда Луна лишь немного закрывает Солнце, проходя по его диску.

Частичные затмения могут происходит 2-5 раз в течение года для разных точек Земли. Полное Солнечное затмения для каждой конкретной точки планеты происходит очень редко.

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.

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;
• Солнце стабильно в своей яркости, оно находится в 15% самых ярких звёзд нашей Галактики. Излучает меньше ультрафиолетовых лучей, но обладает большей массой по сравнению с аналогичными звёздами.

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.

Интересный факт: Солнце имеет практически идеальную шарообразную форму. Разница в диаметрах, соединяющих противоположные точки экватора и полюсов, равна 10 километрам. И это при его гигантских размерах!

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.

Интересный факт: солнечные пятна являются областями сверхмощных вспышек, максимально сильно воздействующими на нашу планету.

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.

Интересный факт: большая часть космических тел в Солнечной системе вращается вокруг Солнца в одной плоскости (эклиптика) и одном направлении. Причём оно совпадает с направлением вращения самой звезды.

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.

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.

Интересный факт: цвет нашего светила – чисто белый, за счёт прохождения слоёв земной атмосферы мы видим его: жёлтым, красным, оранжевым.

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.

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.

Интересный факт: радиус Солнца в 2100 раз меньше радиуса UY Щита – самой большой открытой звезды во Вселенной.

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.

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.

Интересный факт: перспективы эволюции Солнца таковы, что однажды оно сожжёт и поглотит Землю (красный гигант), а потом само примет её размеры (белый карлик).

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).

Интересный факт: магнитное поле нашей звезды имеет цикл изменения примерно равный 22-м земным годам. Что равно двум периодам солнечной активности в 11-ть лет.

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.

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.

Интересный факт: яркость Солнца стоит на 4-ом месте среди ближайших 50 звёзд.

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.

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.

Интересный факт: солнечный луч прилетает к нам за 8 минут 19 секунд. 

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.

Интересный факт: Япония – страна восходящего солнца. «Империя, над которой никогда не заходит Солнце» – императив, употребляемый в отношении колониальных империй Испании, Британии.

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.

План урока:

Характеристика Солнца

Солнечная атмосфера и ее строение

Влияние Солнца на Землю и биосферу

Роль магнитных полей на Солнце

Исследование Солнца

Нейтринный телескоп

Характеристика Солнца

В центре Солнечной системы расположена типичная звезда-карлик Солнце, которая относится к спектральному классу G2. Расстояние от Земли до нее составляет 150 миллионов километров. Свет, скорость которого равняется 300000 км/с, преодолевает это расстояние за 8 минут. Благодаря тому, что Земной шар находится относительно близко к этому небесному объекту, ученые имеют уникальную возможность изучать процессы, которые там происходят. А по ним судить о подобных процессах на звездах, удаленных от Земли на огромные расстояния. Солнце – это звезда, за которой человечество может наблюдать с Земли невооруженным взглядом. Длительные исследования ученых-астрономов позволили составить достаточно четкую характеристику Солнца как небесного тела.

 

Строение Солнца:

• В самом центре звезды расположено ядро. Его радиус 150 тыс. км. Именно здесь происходят основные термоядерные реакции. Благодаря тому, что ядро является достаточно большим, плотность его вещества в 150 раз превышает плотность воды. В ядре температура достигает отметки +13,5 млн градусов. В нем вырабатывается энергия, излучаемая Солнцем. Остальные части звезды обогреваются за счет ядра, так как самостоятельно никакой энергии не выделяют.
• Зона лучистого переноса – здесь в хаотичном порядке происходит движение фотонов. Для того чтобы они достигли следующего слоя требуется 170 тысяч лет. Верхняя граница зоны проходит по сфере, радиус которой около 490 тыс. км. Здесь температура падает от +7 до +2 млн. градусов.
• Конвективная зона – представляет собой внешнюю область, считается, что ее толщина достигает 200 тыс. км. Температура достигает отметки +6 тыс. градусов. Здесь в результате конвекции движется плазма. Скорость движения газовых потоков 6 км/с.

• Солнечная атмосфера состоит из трех частей:
• фотосфера;
• хромосфера;
• корона.

Источник

Масса, температура и состав Солнца

Масса Солнца составляет около 2*10кг³. Это – 99,866% всей массы Системы, если не учитывать космическую пыль. Его светимость равна 3,86*10²³ кВт, а температура фотосферы достигает 6 000 градусов. Конечно, при такой температуре вещество, из которого состоит звезда, не может быть ни твердым, ни жидким. Этот удивительный шар, радиусом 696 000 километров, состоит из постоянно движущихся раскаленных газов. Средняя плотность Солнца составляет 1,416*10³ кг/м^3. В разных точках температура на поверхности Солнца отличается.  В направлении ядра температура вещества постоянно повышается, и ближе к центру Солнца достигает +15 миллионов градусов.

Спектр Светила помог ученым установить  химический состав Солнца.  Лучи  рождаются в раскаленной фотосфере и на пути преодолевают слой солнечной атмосферы. Каждый элемент, который входит в ее состав, поглощает определенный вид лучей, поэтому спектр солнечного света выглядит как цветная полоса, в которую вплетены темные линии. Именно по этой своеобразной радуге ученые и установили состав хромосферы.

Исходя из результатов полученных исследований, в состав вещества Солнца входит водород. Его  в нем около 73,5%, 24,9% приходится на долю гелия, остальные же элементы составляют только около 1,5% всей массы звезды. Похожий химический состав имеют и газовые планеты-гиганты Солнечной системы. Интересно, что в составе Солнца не обнаружено ни одного химического элемента, которого бы не было на Земле. То есть все тела в нашей Солнечной системе действительно образовались из одного вещества. Вот только элементы в них образуют  различные соединения и могут находиться в различных состояниях.

Солнце вращается вокруг своей оси не как единственное целое. Измерения показывают, что скорости вращения разных участков поверхности звезды отличаются. К примеру, на экваторе период полного вращения составляет 25 земных суток, а у полюсов – 35 суток. Направление вращения Солнца совпадает с направлением вращения вокруг него остальных членов системы и с направлением собственного вращения планет вокруг своих осей (исключением есть Венера, Уран и некоторые спутники).

Источник

Границы Солнца установить достаточно сложно, поскольку его вещество находится в состоянии плазмы. При таких высоких температурах молекулы движутся так быстро, что над поверхностью образуется солнечная атмосфера, которая простирается далеко в космос и образует «пряди» неодинаковой протяженности.

Еще задолго до изобретения телескопов люди заметили, что время от времени на поверхности Солнца появляются довольно большие темные пятна неправильной формы. Когда же с развитием науки на помощь исследователями пришли технические средства, стало ясно, что такие «украшения» на звезде есть всегда, просто они сменяют друг друга. Одни пятна появляются и сразу исчезают, а другие могут держаться несколько дней, а то и месяцев.

 

Наблюдая за Солнцем, можно увидеть движение пятен по его поверхности. Это натолкнуло ученых на мысль, что наше Светило не висит в космосе неподвижно, а вращается. Скорость движения пятен помогла рассчитать период вращения звезды. Благодаря проведенным расчетам, как раз и было установлено, что разные зоны Солнца вращаются неодинаково – от 25 до 35 суток.

Ученые считают, что темные пятна – это места выхода в солнечную атмосферу сильных магнитных полей. Поток энергии в этих местах меньше, чем на соседних участках. И поэтому температура пятна снижается. Специалисты определили, что число и размеры пятен на поверхности Светила в разные годы могут сильно различаться. Год, когда подобных образований появляется особенно много, называют годом «максимума» пятен. Затем в течение шести лет они постепенно уменьшаются и, наконец, в год «минимума» пятен почти совсем исчезают. После этого число темных образований снова начинает увеличиваться, они расползаются по поверхности Светила, образуя странные «узоры».

Приблизительно через пять лет опять наступает год максимума. В среднем такой цикл длится 11 лет, но иногда его длительность может затягиваться или уменьшаться. Например, учеными отмечены циклы продолжительностью от 8 до 15 лет. Очень часто около солнечных пятен и у краев солнечного диска можно наблюдать интересные образования. Выглядят они как особо яркие – намного ярче остальной фотосферы – участки чуть вытянутой формы. Они получили название факелов. Температура таких образований обычно выше окружающей на 2 000 градусов, при этом факелы не являются однородными структурами. В каждом из них имеется более плотный и горячий «стержень» размером до 30 000 километров. Естественно, на этом участке светимость выше, чем у краев факела.

 

Фотосферные факелы – это цепочки ярких гранул, которые обычно окружают группу солнечных пятен. Суммарная площадь таких цепочек в несколько раз больше площади пятен, да и существуют они дольше. В годы максимума солнечной активности факелы занимают до 10% всей солнечной поверхности.

 

Солнечная атмосфера и ее строение

Каждая планета Солнечной системы имеет свою атмосферу. У Солнца, как и у других звезд, внешние слои тоже принято называть атмосферой. Солнечная атмосфера имеет свое строение и особенности. Она состоит из:

• фотосферы;
• хромосферы;
• короны.

Фотосфера – это самый глубокий слой солнечной атмосферы.  Его толщина 200-300 километров. Исследователи именно фотосферу считают поверхностью Солнца, поэтому температура фотосферы равна температуре поверхности Светила и в среднем составляет 6000 градусов. Структура фотосферы зернистая, похожая на гранулы. Здесь как раз и наблюдаются протуберанцы и пятна.

Протуберанцы 

Протуберанцы представляют собой достаточно большие облака холодного (если сравнивать с остальной поверхностью Светила) газа, которые образуют солнечную корону. Простыми словами – это языки пламени, стремящиеся вырваться из хромосферы.

 

Хромосфера очень четко видна, когда происходят полные солнечные затмения. С Земли отчетливо наблюдается  яркое кольцо, которое образуется вокруг темного лунного диска, закрывающего Солнце. Хромосфера тянется на 10 000 – 15 000 километров. Температура здесь значительно выше, чем в фотосфере. Плотность же значительно меньше.

Корона – это третий слой солнечной атмосферы. Он относится к разреженным слоям и считается самым обширным и горячим. Температура здесь в 200 раз выше, чем на поверхности Солнца и может  достигать до 3 миллионов градусов. Астрономы до сих пор ищут объяснение этому явлению. Ученые видят корону как лучистое сияние, имеющее перламутровый оттенок. Ее лучи  самые разнообразные: короткие и длинные, прямые и достаточно изогнутые. Самое отличное время для наблюдения – это время полного солнечного затмения. Оно такое короткое, что попытки зарисовать солнечную корону не всегда были удачными. Сделать качественную фотографию тоже не всегда удается. Астрономами было доказано, что вид (форма и  яркость) короны меняется и в разное время она выглядит по-разному. На это также влияет 11–летний цикл солнечной активности. В год максимума пятен корона приобретает круглую форму, ее лучи видны вдоль экватора и на полюсах. В год минимума пятен лучи можно наблюдать в широтах средних и экваториальных. Корона становиться вытянутой и менее  яркой.

Источник энергии Солнца

Источником энергии Солнца, как и других звезд, является превращение водорода в гелий, которое происходит в центральной части звезды. Подобный процесс, вызванный слиянием легких ядер в более тяжелые, носит название термоядерной реакции и сопровождается выделением большого количества энергии. Из недр Солнца эта энергия переносится излучением, а во внешнем слое – конвекцией плазмы.

Влияние Солнца на Землю и биосферу

Солнце имеет огромное значение для Земного шара. Без него не было бы жизни на планете. От Светила, которое согревает и освещает Землю, зависят  и люди, и даже самые  маленькие организмы. Именно  Солнце влияет на экологию нашей планеты. От него зависит смена времен года, наличие климатических поясов. Солнечный свет необходим для фотосинтеза,  без которого зеленые листья растений не произведут кислород.

Как известно, Солнце «отправляет» в окружающее пространство не только лучи света и радиолучи, но и потоки раздраженной плазмы – мощные шквалы заряженных частиц. Движутся они по силовым линиям магнитного поля. Больше всего это явление напоминает порыв ветра, что каким-то чудом вторгся в безвоздушное пространство космоса. Эти потоки частиц оказывают огромное влияние на всю Солнечную систему. Ученые обнаруживают их даже за орбитами Юпитера и Сатурна. Это явление, которое получило название солнечный ветер, представляет собой истечение сильно разреженной плазмы солнечной короны в межпланетное пространство. На уровне орбиты нашей планеты средняя скорость частиц солнечного ветра (протонов и электронов) составляет около 400 км/с.

Но особое влияние оказывает солнечный ветер на планеты, которые расположены внутри солнечной короны. Наша Земля входит в их число. Когда солнечный ветер приближается к Земле, он сосредотачивается вокруг магнитных полюсов планеты. Потоки частиц врываются в  слои атмосферы и влияют на магнитное поле Земли. Ученые называют колебания, которые вызывают такие потоки, магнитными бурями. Больше всего их происходит в годы максимума пятен, факелов и вспышек. Именно  тогда же на нашей планете чаще бывают сильные грозы.

Магнитные бури плохо влияют на работу самых разных приборов. Компасы вдруг начинают давать сбои в правильности определения севера. Также могут прерываться радиоволны. Начинает давать сбои теле- и радиоаппаратура. Самочувствие некоторых обитателей Земли также значительно ухудшается.

Одним из первых магнитную бурю наблюдал немецкий естествоиспытатель, географ и путешественник А.Гумбольдт.

На земные процессы действуют не только магнитные бури. На климат, например, очень сильно влияют длительные полувековые циклы солнечной активности. Ученые подсчитали, что вспышки особо опасных инфекционных заболеваний на Земле возникают сразу после солнечной активности. То есть в среднем раз в 11 лет. Этот цикл отмечается и в урожайности зерновых, в численности животных и их миграциях. В период солнечной активности обостряются  сердечно-сосудистые заболевания, чаще случаются внезапные смерти людей.

Роль магнитных полей на Солнце

Зарождение магнитного поля Солнца происходит под верхним слоем фотосферы. Ученые считают, что именно оно влияет на все процессы, происходящие в солнечной атмосфере, включая солнечные вспышки. Если бы у небесного Светила не было бы магнитных полей, то возможно оно бы не вызывало такого интереса у человечества.

 

Магнитные поля влияют на образование солнечных пятен, в местах появления которых выходят магнитные петли, способные пересекать всю поверхность Светила. В области пятен магнитное поле всегда сильное, его напряжение в тысячу раз больше, чем в других областях. Это поле отклоняет заряженные частики плазмы и препятствует образованию конвекционных потоков. Именно поэтому в области пятен подъем горячего газа прекращается, что приводит к более низким температурам. В области факела магнитное поле уже не такое сильное. Оно не способно остановить вертикальные конвекционные потоки плазмы. Колебания магнитных полей оказывают прямое воздействие на цикличность солнечной активности. Протуберанцы, которые, кажется, что парят в воздухе, на самом же деле удерживаются тончайшими нитями магнитного поля.

Магнитное поле Солнца меняет не только свое направление, но и величину скорости заряженных частиц. Кроме этого оно способно создавать направленное движение плазмы. В результате этого образуются мощнейшие потоки плазмы, выбрасывающие огромные массы газа в солнечную корону. Так образуются протуберанцы.

Образование протуберанцев Источник

Исследование Солнца

Небесное Светило уже на протяжении многих тысячелетий вызывает восторг и интерес у человечества. У предков оно было главным объектом мифов и сказаний, о нем складывали легенды. Древние народы называли Солнце – Сол, Сурья, Сольвенел, Уту, Ра, Шамас, некоторые изображали его в виде восходящей к небу колесницы. Звезде поклонялись, а майя, ацтеки и инки считали, что она нуждается в человеческих жертвах.

В честь Солнца возводили дворцы и строили храмы. До сих пор в Англии, Ирландии, Мальте и Египте сохранились каменные мегалиты, с помощью которых определяли дни летнего и зимнего солнцестояния. Первобытные методы исследования Солнца давали мало достоверной информации о звезде, так как объект ассоциировался с божеством.

Каменные мегалиты в Англии  

Первые научные работы стали появляться лишь в I тыс. до н.э. – вавилонские мудрецы отметили, что небесное светило перемещается по эклиптике неодинаково.

В V столетии до н.э. утверждали, что Солнце представляет собой огненный шар, а его свет отражается от лунного диска. Спустя два века Эратосфен вычислил расстояние от Земли до Светила — 148-153 млн. км.

Существенный перелом в астрономии произошел, когда Николай Коперник предложил гелиоцентрическую модель мира, в которой Солнце являлось центром Вселенной. А в XVII веке, после появления телескопа, удалось отобразить первые детали звезды. 

Активное изучение Светила началось лишь в ХХ веке с приходом технического прогресса. В середине ушедшего столетия в космос были запущены спутники Пионеры – 5, 6, 7, 8, 9. Именно с их помощью были получены первые представления о магнитных полях на звезде и солнечном ветре. В 70-е годы имеющиеся данные уточнили благодаря Гелиос 1 и 2, которые смогли достичь орбиты Меркурия.

В 80-е годы ХХ века занялись изучением рентгеновских, гамма и УФ-лучей. В 1991-2001 г спутник Yohkoh наблюдал за солнечными вспышками. В 1995 году начала функционировать космическая обсерватория – SOHO, в 2010 ее сменила SDO.

Исследования Светила на этом не заканчиваются, так как от его активности зависит дальнейшее будущее человечества. Ни для кого уже не секрет, что активность Солнца, так или иначе, влияет на Землю. Звезда является мощным источником радиации, от которой нас спасает только магнитное поле нашей планеты. В ближайшем будущем планируется запуск зондов, которые будут отслеживать и фиксировать все перемены на Светиле, а также измерять частички и энергию солнечной короны.

 

Нейтринный телескоп

Нейтринный телескоп необходим для того, чтобы исследовать Вселенную и выяснять причины возникновения высокоэнергетических излучений в космосе.

Нейтрино представляет собой элементарную частичку, которая очень слабо взаимодействует с веществом. Благодаря такой особенности эта частичка способна за доли секунды пролететь сквозь Земной шар и даже не заметить его. Открытие нейтрино выводит астрономические исследования совершенно на новый уровень. Нейтрино способны проникать через любую материю, не поглощаться космической пылью и не взаимодействовать с магнитными полями. Каждую секунду через человека пролетают триллионы таких частичек, а он этого даже не замечает. В космическом пространстве источник нейтрино – звезды и планеты.

Строительство нейтринного телескопа является масштабным и дорогостоящим проектом. Чтобы избавиться от фонового излучения окружающей среды располагаться он должен под землей. В 1960 году М.А. Марков в качестве альтернативы предложил расположить телескоп под толщей воды.

На сегодняшний день существует несколько проектов создания телескопов. Один из них – Байкальский нейтринный телескоп.

Строительство Байкальского нейтринного телескопа 

Для создания такой аппаратуры весомое значение имеет прозрачность воды. Байкал является самым большим в мире природным резервуаром с пресной водой. Слой льда, которым покрывается озеро в зимнее время, позволяет устанавливать оборудования без использования каких-либо специальных судов. Первая версия Байкальского нейтринного телескопа была запущена в 1998 году и состояла из 192 фотодетекторов. Они были погружены на глубины до 1300 метров. Но на этом строительство объекта не закончилось. Специалисты начали работать над разработкой телескопа нового поколения BAIKAL-GVD, мощность которого в разы бы превышала его предшественника. Модульная конструкция позволяет запускать прибор поэтапно. Так в 2015 году активировали первый кластер телескопа — «Дубна».

Схема одного кластера Байкальского нейтринного телескопа Источник

На сегодняшний день запущены уже 5 кластеров, в составе которых 1440 оптических модулей. Окончание строительства планируется в 2021 году, что позволит сделать установку одной из крупнейших во всем мире.

Оптический модуль 

Еще один нейтринный телескоп расположен в Антарктиде. Он носит название IceCube и является крупнейшим в мире. В 2013 году зафиксировали первые нейтрино высоких энергий, которые родились далеко за пределами Солнечной системы. Еще один нейтринный телескоп располагается в Средиземном море. Планируется, что все три телескопа войдут в международную нейтринную обсерваторию и сделают колоссальный прорыв в исследовании космоса, и непосредственно Солнца.

Солнце таит в себе еще немало загадок. Их предстоит разгадывать новым поколениям ученых. Ведь звезда, которая дает нам свет и тепло, — это неисчерпаемый объект для исследований.

Солнце

Солнце — это звезда и центр (нашей) Солнечной системы. Солнце является источником всей жизни и энергии на нашей планете благодаря фотосинтезу, а также определяет климат и погоду (Земли).

Кажется, что его цвет жёлтый, но на самом деле Солнце белое. Такой обман зрения происходит из-за влияния атмосферы.

Наше Солнце ярче, чем большинство других звёзд в галактике, и только около 5% звёзд в Млечном Пути крупнее Солнца.

Планеты Солнечной системы по порядку от Солнца:

1. Меркурий
2. Венера
3. Земля
4. Марс
5. Юпитер
6. Сатурн
7. Уран
8. Нептун

Происхождение его названия узнать очень сложно, поскольку оно широко используется на многих языках. Сам корень слова «солнце» мог иметь начало в латыни «sol» (что значит то же самое — «солнце»). В древнерусском (с XI века) и старославянском это слово звучало как «слъньце».

Краткая характеристика

Что?	Сколько?
Расстояние от Земли до Солнца	Среднее — около 149,6 млн км (макс. — 152 млн км, мин. — 147 млн км)
Температура поверхности Солнца	Около 5500°С–6000°С
Диаметр Солнца	Около 1,392 млн км
Масса Солнца	1,988 × 10³ºкг
Радиус Солнца	696 тыс. км
Плотность Солнца	В среднем плотность равна около 1,408 г/см³
Возраст Солнца	Около 5 млрд лет

Спутники Солнца

На данный момент подсчитать все спутники считается невозможно. У Солнца и других звёзд нет спутников как таковых — у них есть планеты и карликовые планеты, их спутники (т.е. луны), а ещё астероиды, метеориты, кометы и многие другие объекты.

Атмосфера и строение

Атмосфера

Атмосферу Солнца обычно делят на:

• фотосферу (видимая светящаяся поверхность и плотный слой атмосферы)
• хромосферу (часть атмосферы, что находится сразу над слоями фотосферы)
• корону (самая внешняя, горячая атмосфера, которая переходит в солнечный ветер, её видно во время затмений)

Три слоя атмосферы Солнца состоят в основном из:

• водорода: 75%
• гелия: 24%

Существуют также корональные дыры — это область внешней атмосферы Солнца, которая кажется темнее, потому что там меньше горячего газа.

Солнечный ветер — это поток горячих заряженных частиц (в основном протоны и электроны), которые покидают Солнце со скоростью около 400 км/с. Он существует потому, что газы в короне очень горячие и движутся очень быстро, так, что их не может удержать даже сильнейшая солнечная гравитация.

Строение

Под видимой поверхностью Солнце имеет несколько слоёв:

1. Ядро: это центр с температурой выше 14 000 000°С, там происходят реакции как в термоядерном реакторе, его плотность больше плотности воды в 150 раз; его радиус равен 150–175 тыс. км, т.е. 20–25% от радиуса Солнца.
2. Радиационная зона: окружает ядро; это плотное и горячее вещество передаёт тепловое излучение ядра аж за пределы Солнца.
3. Конвективная зона: покрывает радиационную зону и доходит до фотосферы (внешней поверхности); это место, где «переносится тепло изнутри Солнца»: внутри звезды образуется тепло и переносится наверх в столбах горячего газа. Наверху газ теряет тепло (охлаждается), и опускается вниз, чтобы опять нагреться.

Узнайте больше про Солнечную систему, Планеты Солнечной системы, а также про Галактику и Созвездия.