Что такое Солнце?

7 декабря 2021

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 Солнца

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 Солнце, 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

Ошибочно мнение, будто дневная звезда состоит только из одного разогретого вещества. Строение Солнца довольно сложное. В нем различают шесть слоев. Причем 3 из них внутренние, а 3 образуют так называемую атмосферу. Узнаем подробнее, из чего состоит Солнце.

Внутренние слои Солнца

Внутреннее строение Солнца  долгое время было загадкой для астрономов. Только в ХХ веке ее удалось разгадать. Внутри Солнца находятся следующие слои.

Ядро Солнца

Ядро Солнца – это центральная часть звезды. Здесь происходят реакции ядерного синтеза. Радиус ядра – примерно 150 тыс. км.

Температура внутри Солнца доходит до невообразимых 15 миллионов градусов Кельвина. Давление же здесь составляет около 300 миллиардов атмосфер (свыше 30 000 трлн. Па). Из-за этого плотность солнечного ядра достигает 150 кг/см3 (что в 6,67 раз больше наиболее тяжелого металла на Земле – осмия).

Указанные параметры идеально подходят для реакций ядерного синтеза. Именно здесь появляется энергия, необходимая для поддержания жизни всего живого на нашей планете. Все другие участки Солнца имеют высокую температуру из-за перехода энергии из ядра. Сами они эту энергию не продуцируют.

Зона лучистого переноса Солнца

Зону лучистого переноса Солнца еще называют зоной радиации. Она находится непосредственно над ядром. Радиус внешней границы лучистого переноса составляет 490 тыс. км. Температура медленно снижается до 2 миллионов градусов. Из-за снижения температуры уменьшается давление, в результате чего плотность солнечного вещества достигает 0,2 г/ см3. Конвекционного перемещения в этой зоне нет.

Энергия в зоне лучистого переноса распространяется путем постоянных поглощений, излучений фотонов протонами. Частицы могут двигаться в любом направлении. Этот процесс довольно медленный: из ядра фотон выходит наружу приблизительно 170 тысяч лет. Иными словами, мы сейчас видим свет, образовавшийся на Солнце, когда на Земле была ледниковая эпоха.

Зона конвективного переноса Солнца

Толщина конвективной зоны составляет около 200 тыс. километров. Плотность вещества здесь уже невелика, и оно активно перемещается. То есть разогретое вещество интенсивно поднимается вверх, отдает тепло, охлаждается и идет вниз. Скорость конвекции доходит до 6 километров в час. Эти процессы способствуют образованию солнечного магнитного поля.

На поверхности температура Солнца достигает 6 тысяч градусов, а вот плотность примерно в 1000 раз ниже, чем у земной атмосферы.

Солнечная поверхность неоднородна и имеет области с меньшей яркостью. Они называются пятнами. Продолжительность существования пятен – несколько дней. Интересно, что на Солнце могут быть пятна, которые превышают диаметр Земли. На поверхности Солнца также существуют:

  • факулы – объекты с повышенной яркостью;
  • гранулы – области, покрывающие фотосферу и различимы с Земли;
  • супергранулы – объекты большого размера (порядка 35 тыс. км), обволакивающие поверхность Солнца.

Данные современных исследований показывают, что значение конвективных переносов чрезвычайно высоко. Именно в конвективной зоне происходят всевозможные движения солнечного вещества.

Атмосфера Солнца

Когда говорят об атмосфере Солнца, как правило, выделяют следующие 3 слоя: фотосферу, хромосферу и корону.

Фотосфера Солнца

Фотосфера Солнца – это самый нижний слой солнечной атмосферы. Это та область, которую мы видим с Земли, ведь Солнце излучает свет и тепло, распространяющиеся на все объекты в Солнечной системе. Толщина этого участка атмосферы – до 400 км.

Из фотосферы, или внешней излучающей поверхности Солнца на Землю попадает большинство излучения. Лучи из глубоко расположенных слоев к нам не поступают. Температура фотосферы снижается с 6000 градусов Кельвина до 4400. Эффективная температура рассчитывается по закону Стефана-Больцмана: мощность излучения абсолютно черного тела прямо пропорциональна температуре тела, возведенной в четвертую степень.

Фотосфера являет видимую поверхность нашей дневной звезды. По ней мы можем определить размеры Солнца и прочие параметры.

Хромосфера Солнца

Слой хромосферы Солнца расположен над фотосферой. Толщина солнечной хромосферы составляет около 2 тыс. км. С Земли ее наблюдать довольно сложно из-за незначительной яркости. Хромосфера доступна земному наблюдателю во время солнечного затмения. В это время она светится красным светом.

Цвет хромосферы – красный. Название «хромосфера» произошло, по-видимому, от ее цвета. Красный оттенок объясняется тем, что в спектре преобладает линия излучения водорода серии Бальмера.

В толщи этого слоя наблюдаются спикулы – плазменные столбы, которые выбрасываются из нижних слоев. Длина одного такого столба может достигать 20 тыс. км. По мере возрастания высоты температура хромосферы возрастает и достигает 20 тыс. градусов на верхней границе.

Корона Солнца

Корона Солнца – это самый верхний слой солнечной атмосферы. Ее границы не определены. Солнечная корона характеризуется наличием крайне разреженного вещества. Температура этой области достигает нескольких миллионов градусов. В отдельных ее участках температура может достигать 20 миллионов градусов.

Солнечная корона видна только при полном затмении. Это объясняется тем, что плотность ее вещества крайне мала, а, следовательно, яркость слоя незначительна. Форма короны изменяется зависимо от фазы цикла. В максимум активности она приближается к кругу, а в минимум – вытягивается. Солнечная корона излучает ультрафиолетовые и рентгеновские лучи.

Строение атмосферы Солнца таит в себе много загадок. На сегодня неизвестно, почему температурные показатели солнечной короны достигают столь высоких значений. В короне иногда можно обнаружить протуберанцы. Высота одного такого «факела» может превышать полтора миллиона километров.

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.

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.

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.

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

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.

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.

Сколько лет Солнцу?

Ввиду того что процессы, происходящие в ядре этой звезды, лишь после многих лет становятся причиной тепла и света, которые мы можем ощущать на себе, возникает вопрос: сколько лет солнцу?

Хотя точный ответ на этот вопрос получить сложно, принято считать, что Солнце появилось около 4,5 млрд лет назад. Откуда мы знаем сколько ему лет? Ответ в приведенном ниже замечательном ролике:

Энергии такой звезды как наше светило хватает примерно на 11 млрд лет, а значит оно еще не прошло и половины своего пути (5 млрд лет осталось до ее превращения в белый карлик).

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.

Солнце как звезда

Солнце —  это обычная звезда, хотя ввиду близости его расположения к нашей планете мы наделяем это небесное светило уникальными характеристиками. И, тем не менее, для нашего понимания строения и эволюции других звезд Солнце играет большую роль. Как ни одна из звезд, Солнце расположено к Земле до такой степени близко, что человек способен разглядеть на его поверхности те или иные детали. Это дает возможность создать образ других звезд, представляющих собой сложные по структуре объекты с сравнительно холодной поверхностью и горячей атмосферой.

Нам известен возраст, масса, яркость Солнца.  Эти знания мы можем применять к другим объектам Вселенной, удостоверившись в правильности моделей звездной эволюции. Другими словами, солнечная астрономия, изучающая преимущественно один объект, дает осознание многих космических понятий.

Влияние Солнца на Землю

Влияние Солнца на Землю 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.

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.

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.

Солнце в мифологии

Культ яркого золотого диска Солнца, дарящего свет и тепло, был широко распространён по всему Земному шару в древности. Ему поклонялись, обожествляли, молились, делали бесконечные жертвоприношения. Солнце воспевали и славили.

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.

 

Источники:

  • https://sunplanets.info/solncze/solncze-opisanie-struktura-obrazovanie-evolyucziya-orbita-issledovanie-i-fakty
  • https://rwspace.ru/article/solnce/chto-takoe-solnce.html
  • https://mirax.space/solnechnaya-sistema/solnce
  • https://kipmu.ru/solnce-stroenie-xarakteristiki-interesnye-fakty-foto-video
  • https://v-kosmose.com/solntse-interesnyie-faktyi-i-osobennosti
  • https://ktonanovenkogo.ru/voprosy-i-otvety/solnce-chto-ehto-takoe-diametr-stroenie-skolko-let.html

Оцените статью:
[Всего голосов: 0    Средний: 0/5]