Атмосфера и химический состав солнца: описание и структура

Появление и эволюция Солнца — для детей

Начать объяснение для детей можно с того, что наша звезда родилась 4.6 миллиарда лет назад. Согласно главной теории, вся система образовалась из огромнейшего газового и пыльного облака, которое не прекращало вращаться, – солнечная туманность. Внутренняя сила тяжести активировала процессы разрушения, ускоряя образование и вытягивая его в форме приплюснутого диска. Из-за этого больший объем частиц направился к центру и сформировал Солнце. Ниже астрономия для детей предлагает рисунок процесса развития звезды.

У звезды довольно большой объем топлива, который позволит ей нормально функционировать еще 5 миллиардов лет. Когда оно исчерпает себя, то Солнце запустит процесс разрушения. Звезда разрастется и превратится в красного гиганта. В последствии верхние слоя уничтожатся, а ядро взорвется, перейдя в категорию белых карликов. Спустя большой период времени оно потускнеет, остынет и станет белым карликом.

История возникновения понятия

Научное представление человека об окружающем мире постоянно претерпевает изменения. Процесс отрицания предшествующих догм и понятий даёт возможность по-новому взглянуть на существующую действительность.

Длительное время наука считала статичной корону любой звезды. То есть, сила притяжения как бы уравновешивала силу давления ядерных и термоядерных взрывов, и не давала отпускать от себя в окружающее пространство потоки раскалённой материи.

Английский геофизик и астроном Сидни Чепмен в своём время создал и развил теорию устойчивости солнечной атмосферы. Его гипотеза разделила астрофизическое сообщество. Всё так и продолжалось бы до нашего времени. Однако нашёлся человек решительно и бесповоротно опровергший взгляды знаменитого учёного.

Солнечная корона

Имя его – Юджин Ньюмен Паркер. Американский астрофизик нанёс сокрушающий удар по концепции своего английского коллеги. Своими пионерскими разработками он смог доказать необратимость истечения материи из короны. Более того, выяснился очень любопытный факт: по мере удаления от Солнца скорость солнечного ветра значительно возрастает, достигая сверхзвуковых величин, затем снижается и становится стабильной. Кстати, границы его распространения до сих пор не определены и ждут своих первооткрывателей.

Замеры, проводимые на первых межпланетных космических аппаратах, подтвердили правильность выводов Ю. Паркера. Немногим позже, астрономы обнаружили аналогичные звёздные ветра на просторах ряда Галактик.

Строение Солнца

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

Поверхность Солнца

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.

Солнечные пятна
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.

Вызываемые солнечным ветром природные явления

Солнечный ветер, пролетая вокруг Земли, вызывает массу природных явлений. Среди них: магнитные бури, полярные сияния, радиационные пояса планеты. Не так давно выяснилась закономерность увеличения количества молний от роста потока ионизированных частиц нашей звезды.

Северное сияние

Есть целый ряд геофизических явлений, порождаемых солнечным ветром. В ряде местностей возрастет выход газообразного радона из земной поверхности, что может привести к повышению радиоактивности в атмосфере. Имеется зависимость между солнечной активностью и ростом числа землетрясений. Магнитная буря значительно изменяет напряжённость электрического поля на поверхности Земли и приводит к скачкам атмосферного давления.

Очередность орбит

Расположение планетарных орбит вокруг Солнца

Каждая планета обладает определенной орбитой, по которой вращается вокруг Солнца. Время, которое она тратит на то, чтобы вернуться в ту же точку, пройдя полный круг, называется годом, чаще всего он измеряется в земных сутках.

  • Меркурий находится ближе всех к Солнцу, из-за чего вращается вокруг него по наименьшей орбите, и год на нем длится 88 суток;
  • Венера совершает полный оборот вокруг звезды за 224 дня;
  • для Земли год длится 365 суток;
  • Марс полный оборот совершает практически в два раза дольше, чем третья планета: за 687 дней;
  • Юпитер, являющийся ближайшим газообразным гигантом к Солнцу, обладает продолжительностью года в 4332 дня;
  • Сатурн делает полный оборот за 10759 суток – это почти 30 земных лет;
  • являясь практически самой отдаленной планетой от Солнца, Уран проходит по окружности за 30685 дней;
  • Нептун обладает наибольшей орбитой, и ему приходится пройти самое большое расстояние в течение своего года, который длится 60190 суток – почти 165 лет.

Также каждая планета вращается вокруг своей оси с определенной скоростью, из-за чего длительность суток на них отличается.

Солнце в жизни Земли

Солнце и Земля настолько связаны друг с другом, что роль самой крупной звезды на небе трудно переоценить. Прежде всего, вокруг Солнца образовалась наша планета и появилась жизнь. Также энергия Солнца согревает Землю, луч Солнца освещает её, формируя климат, охлаждая её ночью, а после того, как Солнце всходит, снова согревает её. Что говорить, даже воздух с его помощью приобрёл свойства, необходимые для жизни (если не луч Солнца, он представлял бы собой жидкий океан из азота, окружающий глыбы льда и промёрзшую сушу).

Солнце и Луна, являясь крупнейшими объектами на небосводе, активно взаимодействуя друг с другом, не только освещают Землю, но и прямо влияют на движение нашей планеты – ярким примером этого действия являются приливы и отливы. На них воздействует Луна, Солнце в этом процессе находится на вторых ролях, но без его влияния тоже не обходится.

Солнце и Луна, Земля и Солнце, воздушные и водные потоки, окружающая нас биомасса, являются доступным, постоянно возобновляющимся энергетическим сырьём, который можно легко использовать (оно лежит на поверхности, его не нужно добывать из недр планеты, оно не образует радиоактивных и токсичных отходов).

Чтобы обратить внимание общественности на возможность использования возобновляемых источников энергии, с середины 90-х гг. прошлого столетия было принято решение отмечать Международный день Солнца

Таким образом, ежегодно, 3 мая, в день Солнца по всей территории Европы проводят семинары, выставки, конференции, направленные на то, чтобы показать людям, как можно использовать луч светила во благо, как определить время, когда происходит закат или рассвет Солнца.

Например, в день Солнца можно побывать на специальных мультимедийных программах, увидеть в телескоп огромные области магнитных возмущений и различные проявления солнечной активности. В день Солнца можно посмотреть на различные физические опыты и демонстрации, наглядно демонстрирующие, насколько мощным источником энергии является наше Светило. Нередко в День Солнца посетители получают возможность создать солнечные часы и проверить их в действии.

Образования в фотосфере солнца

Как и вся остальная часть Солнца, фотосфера состоит из газов. Ее структура время от времени изменяется.Солнечные пятна — это «холодные» образования с большим диаметром (до 50 000 км). Их вызывают сложные и не совсем понятные взаимодействия магнитного поля. Пятна окружены более светлыми областями — факелами. Макроснимки фотосферы также показывают образцы светлых областей, окруженных более темными границами — «грануляцией». Ее вызывает повышение температуры, которое происходит под воздействием горячей внутренней энергии. Там, где капли плазмы достигают поверхности, возникают яркие области. Темные границы грануляционных ячеек — это места, где плазма остыла и опускается обратно внутрь Солнца.

Перспективы использования солнечного ветра

В свете всех существующих особенностей такого уникального космического явления, как солнечный ветер, становится очень интересно найти ему практическое применение.
Первопроходцем создания так называемого «электрического паруса», «солнечного паруса» (космический аппарат, двигающийся за счёт энергии заряженных частиц солнечного ветра) стал финский учёный – Пекка Янхунен.

Весной 2013 года эстонский спутник ESTCube-1, оснащённый этим устройством был выведен на орбиту. К сожалению, попытка была неудачной, так как парус не смог раскрыться.

Есть и другие заманчивые проекты: использование потоков коронального вещества для передачи информации, или создания на орбитах планет «ионостанций» для выработки электрической энергии.

Проехать Солнечную систему

Если попытаться посетить все объекты самого большого и самого точного макета Солнечной системы, то придется проделать следующий путь:

  • Первым шагом будет путь от здания Солнца до здания Королевского Технологического института длинной в 500 метров, где расположена планета Венера диаметром 62 см.
  • От здания «Ericsson Globe» (диаметром 110 метров) до планеты Меркурий 2900 метров. Диаметр макета — 25 см.
  • Наша родная Земля, макет которой расположен в здании шведского музея Естествознания (600 метров от «Ericsson Globe»). Спутником Земли является Луна. Макет Луны диаметром 18 см расположен в этом же музее.
  • А вот добраться до Марса уже сложнее, так как макет этой планеты находится уже не в Стокгольме, а в его пригороде, и пешком преодолеть 11 километров не так легко. Макет диаметром 35 см сделан из меди.
  • Юпитер пока не имеет макета как такового, он выполнен в виде цветочной клумбы и находится аж в 40 километрах от Солнца. Диаметр клумбы — 7,3 м.
  • Нептун расположился в 229 километрах от главной звезды в городе Содерхам. Памятник имеет диаметр 2,5 метра. Ночью памятник сияет синим цветом.
  • На расстоянии 300 километров от здания Солнца в городе Делсбо находится макет Плутона диаметром 12 сантиметров. Выполнена скульптура в виде надгробия, чему я очень удивился.

Позитивные и негативные черты Солнца

Эта планета символизирует общий жизненный потенциал и генеральную направленность сознания, реализуемую в событиях внешней жизни. Солнце центрально, сущностно, ядерно, фокусно, созидательно, регенеративно, духовно, вершинно, жизненно и покровительственно. Оно олицетворяет вселенский отцовский принцип и руководит остальными Планетами карты, иллюминируя их собственным излучением.

Солнце в гороскопе является основным источником энергии, а потому оказывает существенное влияние на суть индивидуальной позиции, на характер жизнедеятельности в целом, на возможности достижения определенного образа жизни, соответствующего положению Солнца в Знаке и Доме. Солнце комплексно интегрирует, синтезирует, воссоединяет разнородные элементы психофизической структуры с учетом необходимости оптимального функционирования каждого из них. Именно его объединяющее действие позволяет использовать имеющиеся в карте потенциалы как интегрируемые друг с другом части общей структуры. Солнце помогает человеку сознательно и добровольно принимать существующие ограничения тогда, когда это оказывается необходимым для достижения центральных целей жизни.

Положение Солнца определяет характер связей между индивидуумом и ближайшей средой, причем связей достаточно специфических и в то же время неявных. Солнце определяет умение синтезировать в контексте достижения главных целей широкий спектр разнородных видов деятельности. Положение Солнца оказывает существенное влияние на специфику проявления энергий других Планет, правда, особенно сильно это воздействие проявляется при наличии конкретной связи (дуговой аспект или аспект положения).

Метафорически Солнце предоставляет индивидууму весьма специфический вид «психологического топлива», использование которого дает возможность субъекту достичь желаемой степени самореализации. Солнце определяет именно сознательный пласт психики и управляет произвольным контролем над предпринимаемыми действиями. Оно связано с чувством собственной правоты, амбициозностью, потребностью в контроле над окружением и поддержано архетипом Героя.

В позитивном варианте Солнце питает творческие процессы, сознательность целенаправленных действий, искренность щедрости, силу воли, тягу к независимости, чувство собственного достоинства и осознание личной ценности.

В негативном варианте Солнце усиливает дерзость, самонадеянность, стремление к доминированию, самомнение, наглость, чванливость, агрессивность, эгоизм, поверхностность и надменность.

Проанализируем, как связаны между собой качества людей и Солнце. Горячее, умеренно сухое, мужское, дневное, скорее положительное.

Интересные факты

Давайте изучим самые интересные факты о Солнца — единственной звезде Солнечной системы.

Если мы заполняем нашу звезду Солнце, то внутри поместится 960000 Земель. Но если их сжать и лишить свободного пространства, то количество увеличится до 1300000. Поверхностная площадь Солнца в 11990 раз больше земной.

По массе превосходит земную в 330000 раз. Примерно ¾ отведено на водород, а остальное – гелий.

Разница между экваториальным и полярным диаметрами Солнца составляет всего 10 км. А значит, перед нами одно из наиболее приближенных к сфере небесных тел.

В ядре Солнца такая температура возможна благодаря синтезу, где водород трансформируется в гелий. Обычно горячие объекты поддаются расширению, поэтому наша звезда могла бы взорваться, но удерживается мощной гравитацией. При этом температура поверхности Солнца равна «всего» 5780 °C.

Когда Солнце израсходует весь водородный запас (130 млн. лет), то перейдет к гелию. Это заставит ее увеличиваться в размерах и поглощать первые три планеты. Это этап красного гиганта.

После красного гиганта оно рухнет и оставит сжатую массу в шарике земного размера. Это стадия белого карлика.

Земля отдалена от Солнца на 150 млн. км. Скорость света – 300000 км/с, поэтому лучу требуется 8 минут и 20 секунд

Но важно также понимать, что ушли миллионы лет, прежде чем фотоны света перешли с солнечного ядра на поверхность

Солнце отдалено от галактического центра на 24000-26000 световых лет. Поэтому на орбитальный путь тратит 225-250 млн. лет.

Земля движется по эллиптическому орбитальному пути, поэтому удаленность составляет 147-152 млн. км (астрономическая единица).

Возраст Солнца – 4.5 млрд. лет, а значит оно уже сожгло примерно половину водородного запаса. Но процесс будет продолжаться еще 5 млрд. лет.

Солнечные вспышки выделяются в период магнитных бурь. Мы видим это в качестве формирования солнечных пятен, где скручиваются магнитные линии и вращаются словно земные торнадо.

Солнечный ветер представляет собою поток заряженных частичек, проходящих сквозь всю Солнечную систему на ускорении в 450 км/с. Ветер появляется там, где распространяется магнитное поле Солнца.

Само слово произошло от древнеаглийского, обозначающего «юг». Есть также готические и германские корни. До 700 года н.э. воскресенье называли «солнечный день». Свою роль сыграл и перевод. Изначальное греческое «heméra helíou» перешло в латинское «dies solis».

Атмосфера

Она устроена довольно сложно. Весь солнечный свет уходит в космос с ее нижнего уровня, который называют фотосферой. Основным источником света служит нижний слой фотосферы толщиной в 150 км. Толщина всей фотосферы составляет около 500 км. Вдоль этой вертикали температура плазмы снижается от 6400 до 4400 К.

В фотосфере постоянно возникают области пониженной (до 3700 К) температуры, которые светятся слабее и обнаруживаются в виде темных пятен. Количество солнечных пятен изменяется с периодом в 11 лет, но они никогда не покрывают больше 0,5% площади солнечного диска.

Над фотосферой расположен хромосферный слой, а еще выше — солнечная корона. О существовании короны известно с незапамятных времен, поскольку она превосходно видна во время полных солнечных затмений. Хромосферу же открыли сравнительно недавно, лишь в середине XIX века. 18 июля 1851 года сотни астрономов, собравшихся в Скандинавии и окрестных странах, наблюдали, как Луна закрывает солнечный диск. За несколько секунд до появления короны и перед самым концом полной фазы затмения ученые заметили у края диска светящийся красный полумесяц. Во время затмения 1860 года удалось не только лучше рассмотреть такие вспышки, но и получить их спектрограммы. Спустя девять лет английский астроном Норман Локьер назвал эту зону хромосферой.

Плотность хромосферы крайне мала даже по сравнению с фотосферой, всего 10−100 млрд частиц на 1 см³. Зато нагрета она сильнее — до 20 000˚С. В хромосфере постоянно наблюдаются темные вытянутые структуры — хромосферные волокна (их разновидность — всем известные протуберанцы). Они представляют собой сгустки более плотной и холодной плазмы, поднятой из фотосферы петлями магнитного поля. Видны и участки повышенной яркости — флоккулы. И наконец, в хромосфере постоянно появляются и через несколько минут исчезают продолговатые плазменные структуры — спикулы. Это своего рода путепроводы, по которым материя перетекает из фотосферы в корону.

День грядущий

От процессов в солнечных недрах непосредственно зависит грядущая судьба нашего светила. По мере уменьшения запасов водорода ядро постепенно сжимается и разогревается, что увеличивает светимость Солнца. С момента превращения в звезду главной последовательности она уже выросла на 25−30% — и этот процесс будет продолжаться. Примерно через 5 млрд лет температура ядра достигнет сотни миллионов градусов, и тогда в его центре загорится гелий (с образованием углерода и кислорода). На периферии в это время будет дожигаться водород, причем зона его сгорания несколько сдвинется по направлению к поверхности. Солнце потеряет гидростатическую устойчивость, его внешние слои сильно раздуются, и оно превратится в исполинское, но не особенно яркое светило — красный гигант. Светимость этого исполина на два порядка превысит нынешнюю светимость Солнца, но его жизненный срок будет много короче. В центре его ядра быстро накопится большое количество углерода и кислорода, которые вспыхнуть уже не смогут — не хватит температуры. Внешний гелиевый слой будет продолжать гореть, постепенно расширяясь и в силу этого охлаждаясь. Скорость термоядерного сгорания гелия чрезвычайно быстро растет с повышением температуры и падает с ее снижением. Поэтому внутренности красного гиганта начнут сильно пульсировать, и в конце концов дело может дойти до того, что его атмосфера окажется выброшенной в окружающий космос со скоростью в десятки километров в секунду. Сначала разлетающаяся звездная оболочка под действием ионизирующего ультрафиолетового излучения нижележащих звездных слоев ярко засияет голубым и зеленым светом — на этой стадии она называется планетарной туманностью. Но уже через тысячи или, в максимуме, десятки тысяч лет туманность остынет, потемнеет и рассеется в пространстве. Что касается ядра, то там превращение элементов прекратится вовсе, и оно будет светить лишь за счет накопленной тепловой энергии, все больше и больше остывая и угасая. Сжаться в нейтронную звезду или черную дыру оно не сможет, не хватит массы. Такие холодеющие остатки почивших в бозе звезд солнечного типа называют белыми карликами.

Корона — самая горячая часть атмосферы, ее температура достигает нескольких миллионов градусов. Этот нагрев можно объяснить с помощью нескольких моделей, базирующихся на принципах магнитной гидродинамики. К сожалению, все эти процессы очень сложны и изучены весьма слабо. Корона также насыщена разнообразными структурами — дырами, петлями, стримерами.

Скорость солнечного ветра

Большой научно-практический интерес представляет измерение, а также изучение закономерностей движения потока водородной плазмы, составляющий основу солнечного ветра.Первоначально ионизированные частицы гелия, водорода, железа, кремния, серы и ряда других химических элементов движутся, со скоростью 300-450 км/сек.

Интересный факт: во время солнечных вспышек или корональных выбросов массы, быстрота движения потока возрастает, до 1200 км/сек! Солнечный ветер превращается в «солнечный ураган», вызывающий целый набор уникальных природно-физических явлений.

В дальнейшем скорость солнечного ветра потока нарастает, достигая 400 – 800 км/сек около Земли (именно здесь заканчивается его ускорение). 1 500 000 км/час (420 км/сек) в районе Марса. На расстоянии до 10 млрд. км от источника излучения скорость движения солнечных заряженных частиц примерно составляет – 1 000 000 км/час (280 км/сек). Далее, под воздействием межзвёздной среды, она ослабевает.

Динамика движения солнечного ветра находится под воздействием двух факторов: силы притяжения светила и силы давления внутри потока. Расчёты, подкреплённые практическими исследованиями (полёты американских «Вояджер – 1, – 2» и «Пионер – 10, – 11») показали постоянство скорости истечения разноимённо заряженных частиц уже за пределами орбиты нашей планеты.

Солнечный ветер

Солнечный ветер – поток заряженных частиц (протонов и электронов), испускаемых нагретыми внешними слоями атмосферы звезды, который простирается до границ нашей планетарной системы. Светило ежесекундно теряет миллионы тонн своей массы, из-за этого явления.

Около орбиты планеты Земля скорость частиц солнечного ветра достигает 400 километров в секунду (они перемещаются по нашей звездной системе со сверхзвуковой скоростью), а плотность солнечного ветра от нескольких до нескольких десятков ионизированных частиц в кубическом сантиметре.

Именно солнечный ветер нещадно “треплет” атмосферу планет, “выдувая” содержащиеся в ней газы в открытый космос, он же во многом ответственен за “хвосты” комет. Противостоять солнечному ветру Земле позволяет магнитное поле планеты, которое служит невидимой защитой от солнечного ветра и препятствует оттоку атомов атмосферы в открытый космос. При столкновении Солнечного ветра с магнитным полем планеты происходит оптическое явление, которое на Земле мы называем – полярное сияние, сопровождаемое магнитными бурями.

Впрочем, неоспорима и польза солнечного ветра – именно он “сдувает” из Солнечной системы и космическую радиацию галактического происхождения – а следовательно оберегает нашу звездную систему от внешних, галактических излучений.

Глядя на красоту полярных сияний, трудно поверить, что эти всполохи – видимый признак солнечного ветра и магнитосферы Земли

Оцените статью
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Андрей Измаилов
Наш эксперт
Написано статей
116
Добавить комментарий