Масса Солнца

7 декабря 2021

Солнце – сердце нашей солнечной системы, желтый карлик, раскаленный шар светящихся газов. Его гравитация «скрепляет» солнечную систему, притягивая к своей орбите все: от больших планет до мельчайших крупиц мусора. Какова же масса Солнца?

Общая характеристика Солнца

Характеристики Солнца важны для понимания его места среди других подобных светил. Солнце являет собой огромный газовый шар, нагретый до невообразимо высоких температур. Диаметр Солнца – 1 млн. 392 тыс. 700 км. Эта величина в 109 раз больше земной. Масса Солнца внушительна и составляет около двух нонниллионов килограмм (1,98⋅1030 кг). Это в 332 946 раз больше земной массы. Интересно, что на массу всех планет, спутников, астероидов, комет, межпланетного газа и пыли, находящихся в Солнечной системе, приходится всего лишь 0,13%. Плотность Солнца несколько больше воды и равна 1,4 г/см3.

Мы наблюдаем Солнце как диск желтого цвета, но на самом деле оно так не выглядит. Звезда излучает белый цвет. Однако у поверхности Земли Солнце выглядит как диск желтого оттенка из-за рассеивания в атмосфере и поглощения части излучения.

В Млечном пути находятся сотни миллиардов таких же звезд, подобных Солнцу. Самая близкая к нашей планете звезда – Проксима Центавра находится на расстоянии свыше четырех световых лет (или около 40 трлн. км).

Солнце – это звезда класса «желтый карлик» — G2V. Это значит, что во Вселенной есть гораздо большие звезды. Так, в Галактике есть объекты, радиус которых в 2 тыс. раз больше солнечного. Радиус Бетельгейзе – ближайшего к нам красного сверхгиганта больше солнечного примерно в 1200 раз.

Если изобразить схему Солнечной системы и поместить внутри нее Бетельгейзе, то она будет простираться до орбиты Юпитера.

Расстояние до Солнца от Земли в среднем составляет 150 млн. км — оно равняется одной астрономической единице. Видимый угловой диаметр для наблюдателя с земной поверхности немногим превышает половину градуса. Звезда находится примерно в 26 тыс. световых лет от центра Млечного Пути. Скорость вращения  Солнца вокруг центра галактики – 230 километров в секунду.

Источник тепла и света Солнца – термоядерные реакции. После слияния четырех протонов образуется один атом гелия и энергия. В недрах Солнца происходят и другие реакции, в результате которых, например, образуются атомы металлов.

Приблизительно до 150 астрономических единиц в космосе доминирует так называемый солнечный ветер.

Солнце обращается вокруг своей оси. Вращение это неодинаково. В районе экватора звезда делает один оборот за 25 суток, а в районе полюсов – за 34 суток.

Состав Солнца

Солнце состоит из водорода (на его долю приходится  свыше 73 % массы) и гелия (около 25%). Другие вещества присутствуют в ничтожном количестве (около 1,5%). В числе этих полутора процентов – азот, кислород, железо, никель, магний и проч. Химический состав Солнца постоянно изменяется по причине постоянно происходящих реакций ядерного синтеза. Массовая доля водорода неуклонно уменьшается, превращаясь в гелий. Гелий также «выгорает», превращаясь в более тяжелые химические элементы.

Размеры Солнца

Основными параметрами для определения размера Солнца принято брать диаметр, радиус звезды.

Диаметр Солнца

Солнце (Гелиос) — это ближайшая к нашей планете звезда. Она относится к категории «Жёлтых карликов». Подобно другим светилам, Гелиос не имеет прочной поверхности. Его первичным слоем принято считать фотосферу, излучающую энергию. А потому диаметр Солнца — ни что иное, как диаметр его фотосферы.

Измерить масштабы светила можно простым доступным способом. Для эксперимента необходимо тёмное помещение, куда солнечный луч проникает через маленькое отверстие. Плотную белую бумагу достаточно поставить напротив луча, и на поверхности листа появится крошечное изображение Солнца. Чем дальше будет бумага от отверстия, тем больше будет пятно. На расстоянии 107 см его диаметр составит 1 см. При удалении на 214 см возрастёт до 2 см. То есть диаметр настоящего светила в 107 раз меньше расстояния до Земли и составляет 1400000 км.

Учёные смогли определить точный диаметр Солнца в километрах, базируясь на эффекте под названием «Чётки Бейли». Чётками называют красные точки по окружности солнечного диска, которые становятся видимыми во время затмения. С их помощью астрономы точно выделили положение светила и смогли измерить его размеры.

Анализ исторических данных, дополненный регулярным современным мониторингом, показал, что диаметр Солнца подвержен изменениям. Так, в XVII веке светило было на 2 тыс.километров шире нынешнего. Астрономы установили, что звезда расширяется и сжимается в течение 160 минут. За этот же период меняется количество выбрасываемой энергии.

Радиус Солнца

Измерения длительности солнечных затмений и наблюдения за перемещением Меркурия и Венеры на фоне Солнца позволили учёным вычислить примерный радиус звезды. Он равен 695990 км.

Приборы на борту космических станций дали возможность уточнить расчёты. Исследования проводились методами гелиосейсмологии. При этом рассматривалось движение так называемых f-волн на поверхности Солнца. Этот способ вычислений дал несколько иной результат — на 300 км меньше (695700 км). Выявленная погрешность может иметь серьёзные последствия для изучения Солнца, его состава и активности.

Радиус будет иметь одинаковое значение во всех направлениях, поскольку Гелиос имеет правильную шарообразную форму.

Сравнение Солнца с размерами небесных тел

Величину солнечного радиуса в астрономии применяют в качестве меры измерения габаритов других космических объектов:

  • Полярная Звезда имеет 30 солнечных радиусов. Следовательно, она в 30 раз превышает параметры Солнца.
  • Наша планета выглядит небольшой точкой на фоне главной звезды. Она в 109 раз уступает светилу по размеру.
  • Зато крупнейшая планета Солнечной системы – Юпитер всего в 9,7 раза меньше Солнца.

Во Вселенной можно обнаружить звезды – гиганты, превосходящие во много раз наше светило. Крупнейшая звезда VY Canis Majoris, по мнению учёных, имеет 2100 диаметров Гелиоса.

Масса Солнца, её измерение

Солнце — крупнейшее небесное тело в нашей звёздной системе (99,86% общей массы). На формирование массы солнца потребовалось почти 5 миллиардов лет.

Методы измерения массы Солнца

Для измерения массы небесных тел разработаны три научных метода:

  1. Гравиметрический. В этом способе применяют параметры измерений силы тяжести, которая характеризует поверхность измеряемого тела.
  2. Третий закон Кеплера. Практикуется в том случае, если планета обладает, как минимум, одним спутником. Вычисления проводятся с учётом расстояния между планетой и её спутником, а также периода его обращения по орбите. Таким образом выясняется соотношение масс планеты и звезды.
  3. Анализ заметных воздействий, вызываемых движением одних небесных тел относительно движения других.

В первую очередь с помощью геодезического метода выяснили массу нашей планеты. Она, по оценкам, составила 6*1024 кг. Затем на основании Третьего закона Кеплера вычислили массу Луны – 73477*1022 кг. И в завершение узнали, чему равна масса Солнца — 19891*1030 кг.

Солнечная масса как абстрактная метрическая единица

Солнечная масса стала абстрактной метрической единицей. Астрономы употребляют её для описания различных космических объектов. Самая гигантская известная звезда, Eta Carinae, оценивается в 150 масс Гелиоса.

Учёные составили прогноз солнечной активности на будущее. Опираясь на наблюдения за другими звёздами, они пришли к выводу, что звезда постепенно израсходует энергию фотосферы. Её размеры небывало расширятся. Ближайшие планеты — Меркурий и Венера будут поглощены. Возможно, что та же участь постигнет и Землю. Солнце преобразуется в Красного гиганта. Вслед за периодом роста последует катастрофическое сжатие. Светило сожмётся примерно до нынешних параметров Земли и будет именоваться Белым карликом.

Жизненный цикл Солнца

Эволюция Солнца – вопрос, интересующий не одно поколение астрономов. Ученые оценивают возраст Солнца в 4,5 миллиарда лет. Оно возникло из газопылевого облака, сжимающегося под воздействием сил гравитации. Из такого же облака возникли и все остальные объекты Солнечной системы, в том числе и наша планета. Из-за сжатия начинает возрастать плотность и температура. Когда температура и давление возросли до необходимых значений, начались термоядерные реакции. Так, собственно, и начался жизненный цикл Солнца.

Масса нашей дневной звезды постепенно снижается из-за реакций ядерного синтеза. Ежесекундно 4 миллиарда тонн вещества Солнца превращается в энергию. Однако запасов водорода для поддержания протекания протон-протонной термоядерной реакции хватит на несколько миллиардов лет.

Температура светила увеличивается на 10 процентов каждые 1,1 млрд. лет. Это дает основания предположить, что раньше температура воздуха на планете была ниже, а на Венере, вероятно, могла бы существовать вода в жидкой фазе (сейчас температура Венеры такова, что на ней может плавиться свинец). Поскольку в будущем светимость Солнца будет возрастать, это приведет к увеличению температуры на Земле. Из-за высокой температуры испарятся океаны, молекулы воды, увлекаемые движением, улетучатся в космическое пространство и разложатся на атомы кислорода и водорода, а сама Земля превратится в безжизненное космическое тело.

Из-за уменьшения количества водорода на Солнце будет уменьшаться ядро. Но сама звезда «раздуется». Примерно через 6,5 млрд лет водород на Солнце выгорит. Однако ядерные реакции синтеза на этом не остановятся: начнет выгорать гелий, причем этот процесс будет происходить не в ядре, а в оболочке Солнца. Вследствие этого размеры Солнца увеличатся, и оно достигнет орбиты Земли. В этой стадии оно будет красным гигантом.

Однако рано или поздно выгорит гелий. Это произойдет примерно за 110 миллионов лет. В результате пульсаций внешние слои Солнца постепенно отделятся от ядра. Солнечное ядро превратится в белый карлик, и его диаметр будет примерно соответствовать нынешнему земному. Это при том, что масса ядра будет только вдвое меньше нынешнего Солнца.

Белый карлик будет медленно охлаждаться. В этом объекте не протекают ядерные реакции. Приблизительно через 10 миллиардов лет из Солнца останется черный карлик.

Солнечный ветер

Солнечным ветром называется поток ионизированных частиц, исходящих от Солнца. Его скорость может достигать 1200 километров в секунду. Потоки солнечного ветра пронизывают все пространство Солнца. Состав частиц в солнечном ветре – протоны, электроны и альфа-частицы.

Существует медленный и быстрый солнечный ветер. Медленный ветер движется со скоростью примерно 400 км/ч и нагрет примерно до полутора миллионов градусов. Его состав примерно отвечает солнечной короне. Быстрый ветер движется с большей скоростью, имеет более низкую температуру, его плотность вдвое выше.

Ежесекундно Солнцем излучается примерно 1,3⋅1036 частиц, уносимых солнечным ветром. Следовательно, за год звезда теряет в массе примерно 2⋅10−14 массы. На Земле регулярно происходят природные явления, которые связаны с распространением солнечного ветра и его возмущениями (например, магнитные бури и северные сияния).

Почему светит Солнце?

Вопрос “почему светит Солнце” стал актуальным в середине 19 века, после формулировки закона сохранения энергии. Стало очевидным, что химической энергии совершенно недостаточно для столь огромного её количества. Так, если бы оно состояло из угля, то энергии хватило бы всего на 4 тыс. лет.

Открытие радиоактивности способствовало распространению идеи радиоактивного источника энергии. Только методы точного измерения масс позволили обнаружить, что энергия Солнца образуется из-за слияния четырех протонов в ядро атома гелия. Оно легче четырех протонов на 4,6х10-26 грамма. Согласно формуле Е=mc2 эта масса превращается в энергию, равную 26,73 МэВ. Благодаря этой энергии и светит Солнце.

Эвoлюция и будущee Солнца

Учeныe убeждeны, чтo Coлнцe пoявилocь 4.57 млpд. лeт нaзaд из-зa кpушeния чacти мoлeкуляpнoгo oблaкa, пpeдcтaвлeннoгo вoдopoдoм и гeлиeм. Пpи этoм oнo зaпуcтилo вpaщeниe (из-зa углoвoгo мoмeнтa) и нaчaлo нaгpeвaтьcя c pocтoм дaвлeния.

Бoльшaя чacть мaccы cкoнцeнтpиpoвaлacь в цeнтpe, a ocтaльнoe пpeвpaтилocь в диcк, кoтopый пoзжe cфopмиpуeт извecтныe нaм плaнeты. Гpaвитaция и дaвлeниe пpивeли к pocту тeплa и ядepнoму cинтeзу. Пpoизoшeл взpыв и пoявилocь Coлнцe.

Ceйчac звeздa пpeбывaeт в фaзe глaвнoй пocлeдoвaтeльнocти. Bнутpи ядpa тpaнcфopмиpуeтcя бoльшe 4 млн. тoн вeщecтвa в энepгию. Teмпepaтуpa пocтoяннo pacтeт. Aнaлиз пoкaзывaeт, чтo зa пocлeдниe 4.5 млpд. лeт Coлнцe cтaлo яpчe нa З0% c увeличeниeм в 1% нa кaждыe 100 млн. лeт.

Пoлaгaют, чтo в итoгe oнo нaчнeт pacшиpятьcя и пpeвpaтитcя в кpacнoгo гигaнтa. Из-зa увeличeния paзмepa пoгибнeт Mepкуpий, Beнepa и, вoзмoжнo, Зeмля. B фaзe гигaнтa пpoбудeт пpимepнo 120 млн. лeт.

Пoтoм нaчнeтcя пpoцecc умeньшeния paзмepa и тeмпepaтуpы. Oнo пpoдoлжит cжигaть ocтaтки гeлия в ядpe, пoкa нe зaкoнчaтcя зaпacы. Чepeз 20 млн. лeт oнo пoтepяeт cтaбильнocть. Зeмля уничтoжитcя или жe pacкaлитcя. Чepeз 500000 лeт ocтaнeтcя лишь пoлoвинa coлнeчнoй мaccы, a внeшняя oбoлoчкa coздacт тумaннocть. B итoгe, мы пoлучим бeлый кapлик, кoтopый пpoживeт тpиллиoны лeт и лишь пoтoм cтaнeт чepным.

Удивительные факты о Солнце

Солнце – самый большой объект в солнечной системе, его масса – 99,86% от массы всей системы! Остальные 0,14% разделили между собой планеты и астероиды. Любопытно, но несмотря на свою массивность, Солнце не такое большое, как другие типы звезд, поэтому его и прозвали желтым карликом.

Магнитное поле Солнца распространяется даже в самые отдаленные уголки космоса через солнечный ветер – поток электрически заряженного газа.

Наша Земля вращается на расстоянии 93 миллионов миль от светила. Взаимодействие между планетой и желтым карликом определяет смену времен года, океанские течения, радиационные пояса, погоду и красочные северные сияния. Без интенсивной энергии Солнца на нашей планете не было бы жизни.

Помимо Земли вокруг желтого карлика вращаются еще 7 планет (Меркурий, Венера, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун), десятки тысяч астероидов и до трех триллионов комет и ледяных тел.

Кстати, аппараты, которые непрерывно наблюдают за Солнцем, часто фиксируют на поверхности шара темные пятна. Это области интенсивной магнитной активности, которые могут привести к солнечным взрывам.

Тепла Солнца хватает на всех, ведь ядро желтого карлика нагрето до температуры около 27 миллионов градусов по Фаренгейту (15 миллионов градусов по Цельсию!)

Источники:

  • https://mirax.space/solnechnaya-sistema/solnce
  • https://zen.yandex.ru/media/id/5fe395eaa18d2b22bf3cf8f8/neujeli-solnce-zanimaet-pochti-vse-prostranstvo-v-solnechnoi-sisteme-kakova-massa-solnca-po-otnosheniiu-k-solnechnoi-sisteme-6038eca6d4391d5d92d0313e
  • https://liveposts.ru/articles/nauka-i-tehnologii/kosmos/razmery-solntsa-massa-diametr-radius
  • https://v-kosmose.com/solntse-interesnyie-faktyi-i-osobennosti

 







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