Структура и электромагнитное излучение Солнца. Солнца структура

Солнечная система: структура, характеристики и особенности

Солнечная система - это система, включающая в себя центральную звезду Солнце, вокруг которой вращаются планеты и другие небесные тела.

Образовалась она более четырёх с половиной миллиардов лет назад. Входит в состав галактики "Млечный путь".Имеет суммарную массу 1,0014 Солнечной массы. Масса Солнца - число постоянное и равняется ~1,99*1030 кг.Отсюда понятно, что подавляющая часть массы Солнечной системы приходится на звезду (99.86%). И лишь 0.0013% распределено между всеми планетами.Для сравнения: масса Солнца превышает Земную примерно в 332 946 раз. Представляете?

Структура Солнечной системы

Вокруг Солнца вращаются восемь основных планет.

Четыре из них имеют схожие свойства с Землёй: имеют высокую плотность, поскольку состоят по большей части из металлов и силикатов; обладают ядром планеты, состоящим преимущественно из железа и никеля; имеют мантию, состоящую из силикатов; не имеют колец.

Планеты земной группы ещё иногда называют внутренними. Это объясняется тем, что они занимают четыре первые орбиты.Ближе всех к Солнцу - Меркурий. Он же является самой маленькой планетой (в 18 раз меньше массы Земли).Венера лишь немного уступает по размерам нашей Земле. Однако, условия планет схожими никак не назовёшь. Из-за того, что Венера находится довольно близко к звезде (на второй орбите), она обладает самой высокой температурой - более 400°C. Соответственно, воды на ней очень мало.Марс по массе почти в десять раз меньше Земли. Расположен он на 4-ой орбите, за счёт чего на планете преобладают низкие температуры (в среднем, -50°C). Хоть некоторые, видя красный цвет Марса (из-за оксида железа), считают, что там жарко - это не так.

Оставшиеся 4 планеты системы - газовые гиганты. Это значит, что они куда массивнее Земли и состоят, в основном, из водорода, гелия, метана и иных элементов. Соответственно, они имеют относительно маленькую плотность.Ещё одной их особенностью является быстрое вращение вокруг своей оси (от 9 до 17 часов).Юпитер - самая большая из этих планет в Солнечной системе. Она превышает массой все остальные планеты вместе взятые в два с половиной раза. Вокруг Юпитера вращается 67 спутников, некоторые из них схожи по размерам с Меркурием.Вторая по величине - планета Сатурн. Он широко известен благодаря своей красивой системе колец. Также интересен своей маленькой плотностью (средняя плотность Сатурна немного меньше плотности воды). Имеет 62 спутника, один из которых обладает атмосферой (единственный такой в системе).Самым лёгким из гигантов является Уран. Превышает своей массой Землю всего лишь в 14 раз. Вокруг него вращается 27 спутников.А вот по размерам самый маленький - Нептун. У него также меньше всего спутников - всего 14.

Помимо этих восьми основных планет, в системе также есть и множество других. Они все относятся к группе планет-карликов (таковыми они считаются, потому что не могут расчистить от других объектов свою орбиту).

Наиболее распространёнными объектами Солнечной система являются небольшие астероиды (несколько сотен тысяч). Они не имеют атмосферы, обладают неправильной формой и небольшими размерами. Но они также, как и планеты, вращаются вокруг Солнца и могут иметь спутники (раньше их называли малыми планетами).

Кометы - маленькие тела системы (обычно - пару километров). По большей части они состоят из летучих веществ (льдов), которые испаряются при достаточном приближении к Солнцу. Именно благодаря такому эффекту мы можем наслаждаться их красотой.Сейчас их насчитано более трёх тысяч. Но со временем летучие вещества из комет испаряются и они переходят в разряд астероидов.

naturae.ru

Структура Солнца

Опубликовано Апр 30, 2014

Солнце — единственная звезда, которую мы можем изучать достаточно обстоятельно, поскольку она расположена сравнительно недалеко от Земли. На самом деле, это такая же звезда, как и многие другие. Она не отличается ни по размеру, ни по температуре. Это примерно одна из 200 тысяч миллионов звезд в нашей Галактики. Солнце является центральным телом Солнечной системы, представляет собою раскаленный плазменный шар. Астрономы считают Солнце звездой-карликом спектрального класса.

Внутренняя структура.

Изнутри Солнце недоступно прямому наблюдению. В той или иной степени обоснованные предложения о его внутренней структуре можно делать лишь в том случае, если принять гипотезу о том, что это постоянная звезда, то есть ее свойства не меняются с течением времени. Эта гипотеза основана на геологическом и палеонтологическом регистрах, которые указывают на то, что Солнце светик практически также, как сейчас, на протяжении последних трех тысяч миллионов лет. Эта гипотеза предполагает, что Солнце находится в двойном равновесии: гидростатическом и термическом. То есть, с одной стороны, вес верхних слоев в каждой точке находится в равновесии с давлением, производимым термическими колебаниями и радиацией; а с другой — каждый солнечный слой утрачивает ту энергию, которую он получает. Структура Солнца

Ядро.

Это центральная внутренние части, в которой высокие температуры и плотность порождают термоядерные реакции плавления, когда в результате сгорания водорода образуются гелий. Именно здесь происходит выделение энергии.

Радиоактивная зона.

Это разумно, которая находиться вокруг ядра. В ней энергия превращается в радиацию. Фотоны непременно поглощаются и снова произвольным образом выпускаются материей. Произвольный пробег фотона — один сантиметр. Если предположить, что траектория движения в большинстве случаев случайная, то получится, что данному фотону потребуется от десяти тысяч до ста тысяч лет, чтобы пересечь эту зону.

Конвективная зона.

Это та часть, которая расположена между радиоактивной зоной и поверхностью. В ней энергия в виде теплоты передаются конвективными движениями материи. Конвективная зона за счет движения частиц проникает в радиоактивную зону; это явление пока еще мало изучено. У Солнца для прямого наблюдения имеет три слоя атмосферы, либо их по другому называют солнечной атмосферой.

www.kcnti.ru

Эволюция солнца: происхождение, строение и стадии

Солнце - это звезда, находящаяся в центре собственной Солнечной системы. Вокруг него вращаются восемь планет, одна из которых - это наш дом, планета Земля. Солнце является той звездой, от которой напрямую зависит наша жизнь и существование, ведь, не будь его, мы бы даже не родились. А если Солнце пропадет (как все-таки прогнозируют наши ученые, это произойдет в далеком будущем, через несколько миллиардов лет), то человечеству, да и всей планете в целом придется очень несладко. Именно поэтому оно на данный момент является самой главной звездой для нас. Одна из самых интригующих и интересных тем, связанных с космосом, - это строение и эволюция Солнца. Именно этот вопрос мы рассмотрим в этой статье.

Как эта звезда родилась?

Эволюция Солнца является очень важным вопросом для нашей жизни. Оно появилось гораздо раньше Земли. Ученые предполагают, что сейчас оно находится на середине своего жизненного цикла, то есть этой звезде уже порядка четырех или пяти миллиардов лет, что очень и очень много. Происхождение и эволюция Солнца тесно переплетаются между собой, ведь зарождение звезды играет важную роль в ее развитии.

Если говорить очень коротко, то Солнце образовалось от большого скопления газовых облаков, пыли и различных веществ. Вещества все накапливались и накапливались, вследствие этого центр данного накопления начал приобретать собственную массу и гравитацию. Затем это распространилось и по всей туманности. Дело дошло до того, что середина всей этой массы, состоящая из водорода, приобретает плотность и начинает затягивать в себя летавшие вокруг газовые облака и частицы пыли. Затем произошла термоядерная реакция, благодаря которой и зажглось наше Солнце. Так, постепенно разрастаясь, данная субстанция преобразовалась в то, что мы сейчас называем звездой.

На данный момент она является одним из главных источников жизни на Земле. Если бы только ее температура увеличилась на несколько процентов, то нас бы уже не существовало. Именно благодаря Солнцу наша планета зародилась и имела идеальные условия для дальнейшего развития.

Характеристики и состав Солнца

Строение и эволюция Солнца взаимосвязаны. Именно по его строению и еще нескольким факторам ученые и определяют то, что произойдет с ним в будущем и как это может повлиять на человечество, животный и растительный мир нашей планеты. Разузнаем немного об этой звезде.

Раньше считалось, что Солнце - обыкновенный желтый карлик, ничего собойне представляющий. Но позже выяснилось, что оно имеет в своем составе множество химических элементов, причем весьма массивных. Если подробно расписывать, из чего состоит наша звезда, можно потратить на это целую статью, так что можно упомянуть об этом лишь вкратце.

Самую весомую часть в составе Солнца играют водород и гелий. Также оно содержит множество других веществ, например, железо с кислородом, никелем и азотом, много других, однако на их долю приходится всего 2% состава.

Поверхностное покрытие этой звезды называется короной. Она очень тонкая, так что ее практически не видно (за исключением тех случаев, когда Солнце темнеет). Корона имеет неровную поверхность. В связи с этим она покрывается дырами. Именно через эти дыры с огромной скоростью просачивается солнечный ветер. Под тонкой оболочкой находится хромосфера, которая в толщину вытянулась на 16 тысяч километров. Именно в этой части звезды происходят различные химические и физические реакции. Тут же и образуется знаменитый солнечный ветер - наплыв вихря энергии, который зачастую является причиной различных процессов на Земле (северные сияния и магнитные бури). А самые мощные бури огня происходят в фотосфере - плотном и не просвечивающем слое. Основная задача газов в данной части - это потребление энергии и света из более нижних слоев. Температура здесь достигает шести тысяч градусов. Место обмена энергии газов - в конвективной зоне. Отсюда газы поднимаются в фотосферу, а затем обратно возвращаются для получения необходимой энергии. А в котле (самом нижнем слое звезды) происходят очень важные и сложные процессы, связанные с протонными термоядерными реакциями. Именно отсюда все Солнце получает свою энергию.

Последовательность эволюции Солнца

Вот мы и подошли к самому главному вопросу нашей статьи. Эволюция солнца - это изменения, происходящие со звездой в процессе ее жизни: начиная от рождения и заканчивая смертью. Ранее говорилось, почему людям важно знать об этом процессе. Сейчас же мы разберем несколько стадий эволюции Солнца по порядку.

Через один миллиард лет

Прогнозируется повышение температуры солнца на один десяток процентов. В связи с этим все живое на нашей планете вымрет. Так что остается надеяться на то, что люди освоят другие галактики к этому времени. Возможно и то, что некоторая жизнь в океане все-таки сможет иметь шанс на существование. Наступит период максимальной температуры звезды за всю ее жизнь.

Через три с половиной миллиардов лет

Яркость Солнца увеличится чуть ли не вдвое. В связи с этим произойдет полное испарение и улетучивание воды в космос, после чего любая земная жизнь не будет иметь и шанса на существование. Земля станет подобна Венере. Далее в процессе эволюции Солнца его энергетический источник начнет постепенно выгорать, покров расширится, а ядро, наоборот, начнет уменьшаться.

Через шесть с половиной миллиардов лет

В центральной точке солнца, где находится источник энергии, запасы водорода до конца истощатся, а гелий начнет собственное сжатие из-за того, что не может существовать в подобных условиях. Частицы водорода продолжают сгорать лишь в короне Солнца. Сама звезда начнет превращаться в сверхгиганта, увеличиваясь в объемах и размере. Яркость постепенно будет повышаться вместе с температурой, что приведет к еще большему расширению.

Через восемь миллиардов лет (крайняя стадия развития Солнца)

Горение водорода запустится по всей звезде. Это когда ее ядро накаляется очень и очень сильно. Солнце совсем сойдет со своей орбиты в процессе расширения от всех вышеперечисленных процессов и будет вправе называться красным гигантом. В этот момент радиус звезды разрастется более чем в 200 раз, а поверхность ее охладится. Земля же не поглотится разгоревшимся Солнцем и отойдет со своей орбиты. Позже она может быть поглощена. Но если этого и не произойдет, то все равно вся вода на планете перейдет в газообразное состояние и улетучится, а атмосфера все-таки будет поглощена сильнейшим солнечным ветром.

Далее на протяжении нескольких миллиардов лет Солнце будет менять свое состояние от красного гиганта до маленького карлика несколько раз. В дальнейшем оно истощится и погаснет окончательно.

Итог

Как говорилось ранее, эволюция Солнца очень сильно повлияет на нашу жизнь и существование планеты в целом. Как не очень сложно догадаться, в любом случае это будет очень плохо для Земли. Ведь вследствие своей эволюции звезда разрушит всю цивилизацию, возможно, и вообще поглотит нашу планету.

Делать такие выводы было просто, ведь люди уже знали, что Солнце - это звезда. Эволюция Солнца и звезд того же размера и типа протекает похожим способом. На почве этого и строились, а также подтверждались фактами эти теории. Смерть - неотъемлемая часть жизни любой звезды. И если человечество хочет выжить, то нам придется в будущем вложить все силы в то, чтобы покинуть нашу планету и избежать ее участи.

fb.ru

Структура и электромагнитное излучение Солнца

1. Структура Солнца Солнце является самой близкой к Земле звездой, удалённой от нас на расстояние в 8,32 ± 0,16 световых минут. Все другие звёзды намного дальше. Ближе всех к нам звезда Проксима Центавра [от. лат roxima - ближайшая] – красный карлик, относящийся к звёзд- ной системе Альфа Центавра, расположенный на удалении 4,2421 ± 0,0016 световых лет, что в 270 000 раз больше расстояния от Земли до Солнца. По своим размерам Солнце относится к типичным звездам - карликам спектрального класса G2 по диаграмме Герцшпрунга - Рассела. Это означает, что солнечный свет, кото- рый мы привыкли воспринимать как белый, на самом деле слегка желтоватый. Солнце удалено от Земли в среднем на расстояние 149 597 870 км. Поскольку это расстояние является важнейшим масштабом в Солнечной системе, его принимают в каче- стве одной из основных единиц измерения расстояний в астрономии и называют астро- номической единицей (au, а.е.). В системе СИ 1 au = 149 597 870 700 м. Солнце – центральное тело Солнечной системы, в нём сконцентрировано более 99,86 % всей её массы. Полагают, что планеты и Солнце возникли 4-5 млрд. лет назад из гигантской газопылевой туманности. При этом Солнце вобрало в себя наибольшую часть массы, которая в настоящее время составляет около 2×1027 тонн, что в 333 тысячи раз больше массы Земли и в 743 раза превышает массу всех планет, вместе взятых. В химическом составе солнечного вещества доминируют водород – 72% и гелий – 26 % массы Солнца. Чуть меньше процента составляет кислород, 0,4% – углерод, около 0,1% – неон. Если выразить эти соотношения в количестве атомов, то получается, что на миллион атомов водорода приходится 98 000 атомов гелия, 850 – кислорода, 360 – углеро- да, 120 – неона, 110 – азота и по 40 атомов железа и кремния. Зная расстояние до Солнца и видимый его угловой радиус, легко определить, что Солнце в 109 раз больше Земли, и его радиус достигает 696 тысяч километров. Следова- тельно, объём Солнца более чем в 1 300 000 раз превышает объём Земли, а потому средняя плотность оказывается почти в 4 раза меньше земной и составляет около 1,4 г/см3. По земным меркам светимость Солнца колоссальная и достигает 3,85×1023 кВт. Да- же ничтожная доля солнечной энергии, которая облучает земной шар (а это, примерно, одна десятимиллиардная), по своей мощности в десятки тысяч раз больше, чем суммарная мощность всех электростанций мира. Энергия солнечных лучей, падающих на перпенди- кулярную к ним площадку в 1 м2 на Земле, могла бы заставить работать двигатель мощно- стью 1,4 кВт, а 1 м2 атмосферы Солнца излучает энергию с мощностью 60 мВт. Рисунок 1 – Строение Солнца. Солнце состоит из внутренних слоёв – зо- на ядерных реакций, зона переноса лучи- стой энергии и зона конвекции, а также атмосферы, включающей фотосферу, хромосферу и корону, переходящую в солнечный ветер. 3

magru.net

Полярная звезда - Строение Солнца

Строение Солнца

Солнце — единственная звезда Солнечной системы, вокруг которой обращаются другие объекты этой системы: планеты и их спутники, карликовые планеты и их спутники, астероиды, метеороиды, кометы и космическая пыль.

Структуру Солнца можно разделить на внутреннюю и внешнюю. Итак, по порядку от центра наружу.

Внутреннее строение:

1) Солнечное ядро является центральной частью Солнца с радиусом ~ 150 000 - 175 000 км, в которой идут термоядерные реакции. Плотность вещества в ядре достигает 150 000 кг/м³ (в 150 раз выше плотности воды и в ~6,6 раз выше плотности самого плотного металла на Земле — осмия), температура в центре ядра около 15 000 000 К. По современным данным известно, что скорость вращения ядра Солнца значительно выше, чем поверхностных слоев. В ядре протекает протон-протонная термоядерная реакция, в ходе которой четыре протона превращаются в гелий-4, при этом каждую секунду в излучение преобразуется 4,26 миллиона тонн вещества, что на самом деле является ничтожной долей по сравнению с массой Солнца — 2×10^27 тонн.

Ядро — единственное место на Солнце, в котором в ходе термоядерной реакции производится энергия и тепло, остальная часть звезды нагревается этой энергией, последовательно проходящей сквозь все слои, излучаясь в конечном итоге в виде солнечного света и кинетической энергии.

2) Зона лучистого переноса находится над ядром, на расстояниях примерно от 0,2 до 0,7 радиуса Солнца от его центра, в ней отсутствуют макроскопические движения вещества, а энергия переносится посредством переизлучения фотонов - водород сжат так плотно, что соседние протоны не могут поменяться местами, из-за чего перенос энергии путём перемешивания вещества практически невозможен. Еще одно препятствие для перемешивания вещества - низкая скорость убывания температуры от нижних слоёв к верхним вследствие высокой теплопроводностьи водорода. Прямое излучение наружу также невозможно, так как водород непрозрачен для излучения, происходящего в процессе ядерного синтеза.

Приходящий из солнечного ядра фотон поглощается частицей вещества (атомным ядром либо свободным протоном), после чего возбуждённая частица излучает новый квант света, направление которого никак не зависит от направления поглощённого фотона и может перейти как в вышестоящий слой плазмы в лучистой зоне, так и в более нижний слой. Из-за этого время, за которое многократно переизлучённый фотон достигает конвективной зоны, может составлять миллионы лет (в среднем для Солнца - 170 тысяч лет).

При переизлучении фотона происходит уменьшение его энергии, что в свою очередь влияет на изменение спектрального состава излучения - изначально на входе в зону лучистого переноса все излучение состоит из коротковолнового гамма-излучения, а на выходе из нее диапазон уже охватывает практически все длины волн, в том числе видимый свет.

Предполагается, что звёзды типа Солнца и меньше имеют лучистое ядро и конвективную атмосферу, а звезды больше 1,4 массы Солнца (по другим данным – больше 1,1) имеют конвективное ядро и лучистую атмосферу.

3) Конвективная зона располагается над зоной лучистого переноса. В ней, как и в лучистой зоне, вещество непрозрачно для излучения, однако его плотность уже не настолько велика, что позволяет происходить вихревому перемешиванию плазмы, и энергия переносится к поверхности преимущественно за счет движений самого вещества, то есть путем конвекции (отсюда и название). Процессы, происходящие в конвективной зоне, можно сравнить с подогревом воды в сосуде: огонь нагревает нижние слои воды, и они вследствие теплового расширения вытесняются вверх более тяжёлыми холодными слоями.

Толщина конвективной зоны составляет около 200 000 км. Её роль в физике солнечных явлений очень велика, поскольку именно в ней возникают разнообразные движения солнечного вещества и магнитные поля.

У красных карликов и красных гигантов зона конвекции занимает все пространство от ядра до фотосферы - давление в их недрах не может сжать вещество так сильно, чтобы препятствовать его перемешиванию, и привести к возникновению зоны лучистого переноса.

Атмосфера Солнца (внешнее строение):

1) Фотосфера лежит над конвективной зоной. Фотосфера (слой, излучающий свет) образует видимую поверхность Солнца, из которой исходит подавляющее большинство видимого, оптического излучения Солнца. Температура фотосферы в среднем - 5800 К (по мере приближения к ее внешнему краю уменьшается до 4800 К), средняя плотность газа - менее 1/1000 плотности земного воздуха. Водород при таких условиях находится практически полностью в нейтральном состоянии. Фотосфера образует видимую поверхность Солнца, от которой определяются размеры Солнца, расстояние от поверхности Солнца и т. д.

Фотосфера практически непрозрачна, она поглощает, а затем переизлучает энергию, приходящую из нижних слоев, в ней перенос энергии также происходит путем конвекции - это наблюдается как грануляция фотосферы (образование гранул - светлых горячих конвективных ячеек). Толщина фотосферы Солнца ~ 300 км, белых звёзд главной последовательности спектрального класса A0V ~ 1000 км, для гигантов класса G ~ 10^4 - 10^5 км, то есть значительно меньше диаметра звезды, результатом чего является резкий видимый край Солнца.

Видимое потемнение края солнечного диска есть следствие роста температуры фотосферы с глубиной, так как при равной оптической длине пути излучение центра диска приходит вертикально с более глубоких, горячих слоёв фотосферы, а излучение периферии диска идет по касательной из более холодных внешних слоёв. На поверхности фотосферы также могут создаваться большие области пониженной температуры (до 1500 К), что проявляется в виде солнечных пятен.

Актуальное состояние фотосферы можно увидеть тут.

2) Хромосфера - внешняя оболочка Солнца толщиной около 10 000 км, окружающая фотосферу. Название хромосферы связано с её красным цветом, который является результатом преобладания в спектре красной H-альфа линии водорода. У верхней границы хромосферы нет выраженной гладкой поверхности, из неё часто происходят горячие выбросы - спикулы. Температура хромосферы увеличивается с высотой от 4000 до 15 000 градусов.

Вследствие небольшой плотности и яркости хромосферы ее невозможно увидеть в обычных условиях. Увидеть хромосферу можно лишь при полном солнечном затмении – при этом Луна закрывает яркую фотосферу, и хромосфера становится видимой и в красном цвете. Также ее можно наблюдать в любое время через специальные узкополосные оптические фильтры, которые выделяют излучение в определенной яркой хромосферной линии:

- фильтр с красной линией H-альфа (Hα) из серии Бальмера (длина волны 656,3 нм), снимок Солнца через него получается красноватым;

- фильтры двух фиолетовых фраунгоферовых линий ионизованного кальция (линия Ca II K (393,4 нм) и линия Ca II H (396,8 нм)), снимок Солнца через них получается синеватым.

Хромосферу обычно разделют на две зоны:

- нижняя хромосфера простирается примерно до 1500 км, состоит из нейтрального водорода, спектр содержит множество слабых спектральных линий;

- верхняя хромосфера состоит из отдельных спикул, которые выбрасываются нижней хромосферой на высоту до 10 000 км и разделяются более разреженным газом; температура выше, чем у нижней хромосферы, водород преимущественно ионизованный, в спектре - линии водорода, гелия и кальция.

Основные структуры хромосферы, видные в этих линиях:

- хромосферная сетка - покрывает всю поверхность Солнца и состоит из линий, окружающих ячейки супергрануляции размером до 30 т. км. в поперечнике, лучше всего видна в линиях Hα и Ca II K.

- флоккулы - светлые облакоподобные образования, чаще всего находящиеся в районах с сильными магнитными полями и окружающие солнечные пятна, лучше всего видны в линии Hα.

- волокна и волоконца (фибриллы) — тёмные линии разнообразной ширины и протяженности, также часто встречаются в активных областях и лучше всего видны в линии Hα.

Актуальное состояние хромосферы можно увидеть тут.

3) Корона – последняя, внешняя оболочка, лежащая над хромосферой. Так как плотность вещества в короне незначительна, то несмотря на её огромную температуру (от 600 000 до 5 000 000 градусов), она имеет низкую яркость, и ее можно увидеть невооружённым глазом только во время полного солнечного затмения (совокупный блеск короны составляет от 0,8×10^6 до 1,3×10^6 блеска Солнца). Для наблюдения короны вне затмений применяется внезатменный коронограф..

Чрезвычайно интенсивный нагрев этого слоя вызван, как полагается, магнитным эффектом и воздействием ударных волн. Механизм нагрева короны, вероятно, тот же, что и у хромосферы - из глубины Солнца поднимаются конвективные ячейки (видимые в фотосфере в форме грануляции), что приводит к локальному нарушению равновесия в газе, и это в свою очередь вызывает распространение акустических волн в различных направлениях. Беспорядочное изменение плотности, температуры и скорости вещества, в котором распространяются эти волны, приводит к изменению скорости, частоты и амплитуды акустических волн, зачастую даже движение газа достигает сверхзвуковых значений. Это вызывает ударные волны, кинетическая энергия которых в конечном итоге преобразуется в тепловую.

Во время затмений корона в белом свете наблюдается как лучистая структура, форма которой зависит от фазы солнечного цикла:

- в период максимума солнечных пятен ее форма становится относительно круглой; у солнечного экватора и в полярных областях в короне наблюдаются прямые и направленные вдоль радиуса Солнца лучи;

- в период минимума пятен корональные лучи образуются только в экваториальных и средних широтах, форма короны становится вытянутой, у полюсов появляются характерные короткие лучи - полярные щёточки; при этом общая яркость короны уменьшается.

В короне наблюдаются структуры - корональные арки, лучи, перья, опахала и др. Корональные арки, например, представляют собой петлю (систему петель) магнитного поля с особо плотной плазмой.

Вследствие огромной температуры короны она интенсивно излучает в ультрафиолетовом и рентгеновском диапазонах. Эти излучения не проходят через земную атмосферу, но в настоящий момент имеется возможность изучать их с помощью космических аппаратов. Излучение в разных областях короны неравномерно: есть горячие активные и спокойные области, а также корональные дыры со сравнительно небольшой температурой (600 000 градусов), из которых в пространство выходят магнитные силовые линии. Подобная открытая магнитная конфигурация позволяет частицам свободно покидать Солнце, именно поэтому солнечный ветер исходит преимущественно из корональных дыр.

На сегодняшний день известно, что корона простирается до границ Солнечной системы, а значит Земля, так же, как и другие планеты, находятся внутри короны.

Актуальное состояние короны можно увидеть тут.

Дополнительно, актуальную магнитографию Солнца можно увидеть тут.

polaris-surgut.ru

Состав и строение Солнца

В течение уже довольно длительного времени мы с вами изучаем строение нашей Солнечной системы. Мы познакомились с её 8 большими планетами, карликовыми планетами и малыми телами.

Теперь пришло время поговорить о центральном объекте Солнечной системы — о Солнце. Оно занимает исключительное положение в нашей с вами жизни. Солнце обеспечивает нас светом, теплом, а также является источником всех видов энергии, используемых человечеством.

Солнце — это всего лишь одна из около 200 млрд звёзд нашей Галактики. Детально изучая его физическую природу, мы, скорее всего, получаем важнейшие сведения о природе остальных звёзд и процессах, проходящих в них.

Человечество на протяжении всей своей истории восхищалось и поклонялось Солнцу. Это было самое могущественное божество у большинства древних народов мира, а культ непобедимого Солнца был одним из самых распространённых (Ге́лиос — греческий бог Солнца, Аполлон — бог Солнца у римлян, Митра — у персов, Ярило — у славян). В честь Солнца возводились огромные храмы, о нём слагались песни и ему приносились жертвы.

Сейчас же учёные с помощью башенных солнечных телескопов и телескопов, установленных на бортах спутников, активно изучают природу Солнца и выясняют его влияние на нашу планету. А важнейшую информацию о физических процессах, происходящих на Солнце, даёт изучение его спектра. Дело в том, что химические элементы, которые присутствуют в атмосфере Солнца, поглощают из непрерывного спектра, излучаемого фотосферой, свет определённой частоты. В результате в непрерывном спектре появляются тёмные линии — линии поглощения.

Впервые они были обнаружены в 1802 году английским физиком Уильямом Волластоном. Однако учёный не придал им особого значения, считая, что их появление зависит от внешних причин. Лишь в 1814 году немецкий физик Йозеф Фраунгофер, исследуя эти линии, убедился, что их причина не оптический обман, а природа солнечного света. Он также смог выделить и обозначить 576 тёмных линий, которые впоследствии были названы фраунгоферовыми линиями солнечного спектра. Сейчас же в солнечном спектре зарегистрировано более 30 тысяч фраунгоферовых линий, принадлежащих 72 химическим элементам.

Их анализ показал, что преобладающим элементом на Солнце является водород — на его долю приходится примерно 73,5 % солнечной массы. Ещё почти 25 % массы Солнца приходится на гелий. Однако сразу же оговоримся, что данных о соотношении элементов в глубинных слоях Солнца очень и очень немного.

Вещество Солнца представляет собой сильно ионизированную плазму, средняя плотность которой составляет порядка 1400 кг/м3. Однако по мере приближения к центру Солнца его плотность, как и температура с давлением, достигают максимальных значений.

Огромное давление внутри Солнца обусловлено действием вышележащих слоёв. Силы тяготения стремятся сжать Солнце. Этому препятствуют силы упругости горячего газа и давление излучения, идущие из недр и стремящиеся расширить Солнце. Тяготение с одной стороны, упругость газов и давление излучения с другой стороны, уравновешивают друг друга. Причём равновесие имеет место во всех слоях от поверхности до центра Солнца. Такое состояние Солнца и звёзд называется гидростатическим равновесием. Эта простая идея была выдвинута в 1924 г. английским астрофизиком Артуром Эддингтоном. Она позволила составить уравнения, по которым рассчитывают модели внутреннего строения «спокойного» Солнца, а также других звёзд. Такие модели показывают зависимость физических свойств звёздного вещества (и, в частности, Солнца) от глубины.

Данная модель Солнца даёт основания предполагать, что в центре нашей звезды находится ядро, радиус которого может достигать примерно 150—175 тыс. километров.

Над ядром, в области 0,2—0,7 радиуса Солнца, располагается зона лучистого переноса. В ней происходит перенос энергии от ядра к более высоким слоям посредством поглощения и излучения фотонов высоких энергий. При этом слои не меняются своими местами, а энергия, излучённая нижним слоем, поглощается верхним и затем переизлучается им. То есть происходит очень медленное, иногда длящееся до миллиона лет «просачивание» излучения от центра Солнца к поверхности.

В последней трети радиуса Солнца находится конвективная зона. В ней передача энергии осуществляется посредством конвекции (то есть перемешиванием).

Конвективная зона простирается практически до самой видимой поверхности Солнца — атмосферы (о её строении мы с вами поговорим на ближайших уроках).

Солнце — это типичный представитель звёзд, представляющий собой раскалённый плазменный шар. Его масса примерно равна 2 ∙ 1030 килограммам, что в 333 000 раз больше массы Земли, и составляет почти 99,87 % суммарной массы всех тел Солнечной системы. Средний диаметр Солнца в 109 раз превышает диаметр нашей планеты. А его объём в 1 301 019 раз больше объёма Земли.

Такой гигантский плазменный шар излучает в космическое пространство колоссальный по мощности поток излучения. Однако Земля получает всего одну двухмиллиардную долю солнечного излучения. При этом измерения за пределами земной атмосферы показали, что на поверхность площадью 1 м2, расположенную перпендикулярно солнечным лучам, ежесекундно поступает энергия, практически не меняющаяся в течение длительного промежутка времени. Эта величина была названа солнечной постоянной:

Второй не менее важной характеристикой Солнца является его светимость или полное количество энергии, излучаемое Солнцем по всем направлениям за единицу времени. Она определяется как произведение величины солнечной постоянной и площади сферы радиусом в одну астрономическую единицу:

L⨀ = E ∙ 4πR2.

Подставив в уравнение значения входящих в него величин и проведя необходимые вычисления, получаем, что светимость нашей звезды составляет примерно 3,8 ∙ 1026 Вт.

Самостоятельно подумайте, почему для вычислений радиус сферы принимается равным 149,6 миллиона километров.

С Земли мы видим диск Солнца — ослепительный жёлтый (реже белый) круг со средним угловым диаметром около 32’. Это видимый слой атмосферы Солнца — фотосфера. Она даёт основную часть излучения Солнца. При этом считается, что Солнце излучает энергию, как абсолютно чёрное тело. Тогда температура фотосферы Солнца может быть рассчитана по закону Стефана — Больцмана, согласно которому мощность излучения абсолютно чёрного тела прямо пропорциональна четвёртой степени температуры:

Е = σТ4.

В записанной формуле σ — это постоянная Стефана — Больцмана (σ = 5,67 ∙ 10–8 Вт/(м2 ∙ К4)).

Подставив это уравнение в формулу для определения светимости Солнца нетрудно выразить температуру фотосферы Солнца:

После подстановки чисел получим, что температура фотосферы примерно равна 5745 К. Очевидно, что такая высока температура может поддерживаться лишь за счёт постоянного притока энергии из недр Солнца.

Вы уже знаете, что наша звезда излучает свет и тепло более 4,5 миллиардов лет. Конечно же, долгое время учёные не могли найти ответ на главный вопрос о том, что является «топливом», за счёт которого Солнце вырабатывает столь огромное количество энергии в течении такого длительного промежутка времени.

Например, Уильям Гершель считал, что Солнце — это холодное и твёрдое тело, которое окружено огромным огненным океаном. Правда, в этом случае такой океан должен был полностью выгореть через несколько тысяч лет после начала горения. А Герман Гельмгольц предполагал, что увеличение внутренней энергии и как следствие увеличение температуры Солнца происходит из-за его медленного гравитационного сжатия. Чтобы компенсировать потери энергии на излучение, достаточно было бы, чтобы диаметр Солнца ежегодно уменьшался на 75 метров. Но в этом случае срок «службы» Солнца увеличивался до нескольких миллионов лет, но никак не до миллиардов.

И лишь в 30-х годах ХХ в. американский астрофизик Ханс Альбрехт Бетэ высказал предположение о том, что энергию Солнце получает за счёт термоядерных реакций, происходящих в его недрах.

Им же был открыт водородный (или протон-протонный) цикл — цепочка из трёх термоядерных реакций, приводящая к образованию гелия из водорода:

Обратите внимание на то, что для образования двух ядер , необходимых для третьей реакции, первые две должны произойти дважды.

Чтобы представить, какое огромное количество энергии выделяется Солнцем в результате превращения водорода в гелий, достаточно знать, что в среднем оно теряет примерно 4 миллиона тонн водорода в секунду! На первый взгляд, эта величина может показаться огромной. Однако она ничтожна, по сравнению с полной массой Солнца. А расчёты специалистов показывают, что «топлива» в его недрах достаточно для поддержания термоядерных реакций ещё в течение примерно 5 миллиардов лет. После этого в недрах Солнца начнутся необратимые реакции, которые приведут к его гибели.

videouroki.net

Строение Солнца

РЕФЕРАТ

ПО АСТРОНОМИИ

НА ТЕМУ:

СТРОЕНИЕ СОЛНЦА.

Сходненская средняя школа №2 2002 г.

Бирюков Дмитрий 11 «А».

Солнце - центральное тело Солнечной системы представляет собой очень горячий плазменный шар. Солнце - ближайшая к Земле звезда. Свет от него доходит до нас за 8,3 минуты. Солнце решающим образом повлияло на образование всех тел Солнечной системы и создало те условия, которые привели к возникновению и развитию жизни на земле.

АТМОСФЕРА СОЛНЦА.

ФОТОСФЕРА.

Плотность газов в фотосфере примерно такая же, как в земной стратосфере, и в сотни раз меньше чем у поверхности Земли. Температура фотосферы уменьшается от 8000 К на глубине 300 км до 4000 К в самых верхних слоях. Температура же того среднего слоя, излучение которого мы воспринимаем около 6000 К.

При таких условиях почти все молекулы газа распадаются на отдельные атомы. Лишь в самых верхних слоях фотосферы сохраняется относительно немного простейших молекул и радикалов типа Н2, ОН, СН.

Почти все наши знания о Солнце основаны на излучении его спектра.

В телескоп с большим увеличением можно наблюдать тонкие детали фотосферы: вся она кажется усыпанной мелкими яркими зернышками – гранулами, разделенными сетью узких темных дорожек. Грануляция является результатом перемешивания всплывающих более теплых потоков газа и опускающихся более холодных. Разность температур между ними в наружных слоях сравнительно невелика (200-300 К), но глубже, в конвективной зоне, она больше, и перемешивание происходит значительно интенсивнее. Конвекция во внешних слоях Солнца играет огромную роль, определяя общую структуру атмосферы. В конечном счёте именно конвекция в результате сложного взаимодействия с солнечными магнитными полями является причиной всех многообразных проявлений солнечной активности.

Фотосфера постепенно переходит в более разреженные внешние слои солнечной атмосферы – хромосферу и корону.

ХРОМОСФЕРА.

Хромосфера (греч. «сфера цвета») названа так за свою красновато-фиолетовую окраску. Она видна во время полных солнечных затмений как клочковатое яркое кольцо вокруг черного диска Луны, только что затмившего Солнце.

Температура вещества ,из которого состоит хромосфера, в два-три раза выше, чем в фотосфере, а плотность в сотни тысяч раз меньше. Общая протяженность хромосферы 10-15 тыс.км.

Рост температуры в хромосфере объясняется распространением волн и магнитных полей, проникающих в нее из конвективной зоны.

КОРОНА.

В отличие от фотосферы и хромосферы самая внешняя часть атмосферы Солнца - корона - обладает огромной протяженностью: она простирается на миллионы километров, что соответствует нескольким солнечным радиусам, а ее слабое продолжение уходит еще дальше.

Плотность вещества в солнечной короне убывает с высотой значительно медленнее, чем плотность воздуха в земной атмосфере.

Корону лучше всего наблюдать во время полной фазы солнечного затмения.

Цикл солнечной активности -- 11 лет. То есть с 11-летним периодом меняется как яркость так и форма солнечной короны. В эпоху максимума она имеет почти идеально круглую форму. Прямые и направленные вдоль радиуса Солнца лучи короны наблюдаются как у солнечного экватора, так и в полярных областях. Когда же пятен мало, корональные лучи образуются лишь в экваториальных и средних широтах. Форма короны становится вытянутой. При этом общая яркость короны уменьшается. Эта интересная особенность короны, по-видимому, связана с постепенным перемещением в течение 11-летнего цикла зоны преимущественного образования пятен. После минимума пятна начинаю возникать по обе стороны от экватора на широтах 30-40 градусов. Затем зона пятнообразования постепенно опускается к экватору.

Корона Солнца - самая внешняя часть его атмосферы, самая разреженная и самая горячая. Она и самая близкая к нам: она простирается далеко от солнца в виде постоянно движущегося от него потока плазмы - солнечного ветра . Вблизи Земли его скорость составляет в среднем 400-500 км/с, а порой достигает почти 1000 км/с.

Строение солнца

СОЛНЕЧНАЯ АКТИВНОСТЬ.

СОЛНЕЧНЫЕ ПЯТНА.

Чтобы заметить объект, как пятно на солнце, простым глазом, необходимо, чтобы его размер на Солнце был не менее 50 - 100 тысяч километров, что в десятки раз превышает радиус Земли.

Главную роль в большинстве наблюдаемых на Солнце явлений играют магнитные поля. Солнечное магнитное поле имеет очень сложную структуру и непрерывно меняется. Совместные действия циркуляции солнечной плазмы в конвективной зоне и дифференциального вращения Солнца постоянно возбуждает процесс усиления слабых магнитных полей и возникновения новых. Видимо это обстоятельство и является причиной возникновения на Солнце пятен. Пятна то появляются, то исчезают. Их количество и размеры меняются. Но, примерно, каждые 11 лет число пятен становится наибольшим. Тогда говорят, что Солнце активно.

Солнце состоит из раскаленных газов, которые все время движутся и перемешиваются, и поэтому ничего постоянного и неизменного на солнечной поверхности нет. Самыми устойчивыми образованиями являются солнечные пятна. Но и их вид изо дня в день меняется, и они тоже то появляются, то исчезают. В момент появления солнечное пятно обычно имеет небольшие размеры, оно может исчезнуть, но может и сильно увеличиться.

Сначала обычно появляются одиночные пятна, но затем из них возникает целая группа, в которой выделят два больших пятна - одно - на западном, другое - на восточном краю группы.. Полярности восточных и западных пятен всегда противоположны.

Солнечные пятна иногда бывают видны на его диске даже невооруженным глазом . Кажущаяся чернота этих образований вызвана тем, что их температура примерно на 1500 градусов ниже температуры окружающей их фотосферы (и соответственно непрерывное излучение от них гораздо меньше). Одиночное развитое пятно состоит из темного овала - так называемой тени пятна, окруженного более светлой волокнистой полутенью . Неразвитые мелкие пятна без полутени называют порами . Зачастую пятна и поры образуют сложные группы .

Пятна бывают окружены более яркими участками фотосферы, называемыми факелами или факельными полями.

Часто во время затмений над поверхностью Солнца можно наблюдать причудливой формы "фонтаны", "облака", "воронки", "кусты", "арки" и прочие ярко светящиеся образования из хромосферного вещества. Они бывают неподвижными или медленно изменяющимися, окруженными плавными изогнутыми струями, которые втекают в хромосферу или вытекают из нее, поднимаясь на десятки и сотни тысяч километров. Это самые грандиозные образования солнечной атмосферы - протуберанцы (огромные облака газа, масса которых может достигать миллиардов тонн).

Протуберанцы имеют примерно ту же плотность и температуру, что и хромосфера. Но они находятся над ней и окружены более высокими, сильно разреженными верхними слоями солнечной атмосферы. Протуберанцы не падают в хромосферу потому, что их вещество поддерживается магнитными полями активных областей Солнца.

Они медленно меняют свою форму и могут существовать в течение нескольких месяцев. Во многих случаях в протуберанцах наблюдается упорядоченное движение отдельных сгустков и струй по криволинейным траекториям, напоминающим линии магнитной индукции.

Самыми мощными проявлениями солнечной активности являются ВСПЫШКИ, в процессе которых за несколько минут иногда выделяется энергия до 1025 Дж. Их продолжительность в среднем около 3 часов – крупных, а слабых несколько минут. Плазма в местах вспышек нагревается до 107 К. Потоки плазмы, образующиеся во время вспышки, через сутки(или чуть больше) достигает окрестностей Земли.

Пятна, факелы, протуберанцы и вспышки - это все проявления солнечной активности. С повышением активности число этих образований на Солнце становится больше.

Конец Солнца.

Мы знаем, что Солнце имело запас топлива на 10-11 млрд. лет. Для того, чтобы точно предсказать, сколько еще будет светить Солнце, мы должны знать, какую часть жизни оно уже прожило. Если подсчитать, что метеоритам и лунным камням не более 5 млрд. лет, значит таков возраст Солнца. В конце своей жизни Солнце не будет просто медленно остывать, как думали раньше, Звезды не умирают тихо, а заканчивают существование в борьбе со смертью. Когда полностью выгорит солнечное ядро, атомный огонь начнет медленно пожирать внешние слои звезды. Солнце начнет увеличиваться в размерах и превратится в огромную красную звезду. Оно поглотит Меркурии и Венеру и нагреет Землю до большой температуры. Жизнь исчезнет, вода испарится из рек и океанов. Затем во внешних слоях Солнца возникнет новый источник энергии: из гелия - тяжелые атомы. Внешняя оболочка будет сброшена, а ядро сожмется до белого карлика. Но Солнце не останется в состоянии белого карлика , а закончит жизнь в виде черной дыры.

mirznanii.com