Какова причина излучения солнцем огромной энергии


1. Излучение Солнца и солнечная постоянная. Земной шар перехватывает ничтожную часть всей энергии, излучаемой Солнцем. Зная размер Земли и ее расстояние от Солнца, можно подсчитать, какова ее доля. Она составляет 1 : 2 000 000 000. Измерив же количество солнечной энергии, падающей на Землю, можно подсчитать и полную энергию излучения Солнца.

Солнечной постоянной называется количество солнечной энергии, падающей за одну минуту на 1 (кв см) земной поверхности, перпендикулярной к солнечным лучам при среднем расстоянии от Земли до Солнца. При измерении солнечной постоянной учитывается частичное поглощение солнечного излучения в земной атмосфере. Солнечная постоянная составляет 1,94 калории в минуту на 1 (кв см) и устанавливается измерением нагревания воды за определенное время в особом зачерненном сосуде, подвергнутом нагреванию солнечными лучами.

Зная величину солнечной постоянной, расстояние до Солнца и его размер, можно подсчитать температуру поверхности Солнца. Результат находится в согласии с другими способами ее определения. Эти данные показывают, что энергия Солнца так велика, что если Солнце окружить слоем льда толщиной 14 ж, то излучаемое им тепло могло бы растопить всю эту ледяную кору за одну минуту.


2. Солнечная деятельность и пятна. Темные пятна чаще всего наблюдаются к северу и к югу от солнечного экватора. Они появляются и через несколько дней или недель, реже — через несколько месяцев, распадаются. Пятна — это участки фотосферы, где газы охлаждены до 4500° и кажутся темными лишь по контрасту с более горячей и оттого более яркой окружающей поверхностью. Здесь газы совершают медленное и сложное движение, находясь в сильном магнитном поле, которое временами возникает в областях, где появляются пятна.

Пятна часто встречаются парами. Оказывается, в таких парах в одном полушарии Солнца переднее (по вращению Солнца) пятно имеет магнетизм одной полярности (например, южной), а другое — противоположной полярности. В другом полушарии Солнца распределение полярности магнетизма во всех парах пятен противоположное. Так длится около 11 лет, после чего полярность в парах пятен двух полушарий Солнца меняется.

С 11-летним периодом меняется также число пятен и величина площади, занятой ими, а также число наблюдаемых протуберанцев и многие другие явления на Солнце, например форма солнечной короны.


среднем через каждые 11 лет число пятен, площадь, занятая пятнами, и число протуберанцев достигают максимума, и так же чередуются их минимумы. Полярность пятен меняется в год минимума.
Солнечные пятна, часто появляющиеся группами, по площади нередко гораздо больше, чем площадь сечения земного шара. Вблизи пятен чаще всего появляются истечения горячих газов из более глубоких слоев Солнца. В таких активных областях — областях сильных горизонтальных и вертикальных течений газов в магнитном поле — время от времени возникают так называемые хромосферные вспышки. Это небольшие области, в которых под действием магнитных сил быстро возникает огромное сжатие газов. Вследствие этого температура газа быстро повышается, и он временно излучает гораздо больше энергии, в том числе света. При этом возникает и усиленный поток невидимых глазом ультрафиолетовых лучей, а также потоки мельчайших частиц, с большой скоростью покидающих Солнце.

Испускаемые Солнцем лучи и покинувшие его быстро летящие частицы оказывают заметное влияние на некоторые явления в земной атмосфере. Так, с усилением солнечной деятельности увеличивается на Земле число магнитных бурь (довольно быстрых и значительных колебаний стрелки компаса), число полярных сияний, ухудшается прием радиопередач!

3. Полярные сияния. Полярные сияния в виде колеблющихся светлых, часто цветных лучей или полос в северном полушарии бывают видны ночью в северной стороне неба тем лучше и чаще, чем дальше от экватора Земли находится наблюдатель. Но иногда они бывают видны даже на широте Северной Африки. В южном полушарии Земли такие же полярные сияния видны в южной стороне неба.
Наука выяснила, что в соответствии с гениальным предвидением М. В. Ломоносова полярные сияния представляют собой холодное электрическое свечение земной атмосферы на высотах в сотни километров над Землей.


Природа этого свечения сходна с природой свечения разреженного газа в газосветных трубках под действием электрического тока в газе. В высоких слоях земной атмосферы разреженный воздух светится от бомбардировки его мельчайшими частицами, которые выбрасываются из активных областей Солнца. Магнитное поле земного шара отклоняет эти частицы, когда они приближаются к Земле, так что эти частицы попадают в нашу атмосферу преимущественно вблизи магнитных полюсов Земли. Вот почему полярные сияния происходят чаще всего именно там. Частицы, выбрасываемые Солнцем и бомбардирующие нашу атмосферу, меняют ее электропроводность и другие свойства, от которых зависят сила и частота радиоприема.

Само Солнце и его корона испускают радиоволны. Мощность этого излучения сильно колеблется.

Влияние изменений солнечного излучения на ряд явлений на Земле весьма многосторонне, но изучено пока недостаточно.

4. Значение излучения Солнца и источники его энергии. Все сказанное выше подтверждает взаимосвязь явлений во Вселенной. Изучение Солнца необходимо и для практических целей — для более точного предсказания погоды, влияющей на все народное хозяйство, для борьбы с помехами при радиопередачах и т. д. Поэтому в СССР широко поставлено изучение солнечных явлений и их воздействия на Землю. Такова одна из практических сторон астрономии.


К сожалению, мы не знаем причин еще многих явлений на Солнце, в частности причин периодичности в его деятельности. Но человек научился предвидеть наступление некоторых явлений. Теперь уже даются полезные указания о необходимых изменениях в радиопередаче на коротких волнах для улучшения радиосвязи.

Источником энергии Солнца и звезд являются так называемые ядерные реакции в недрах Солнца и звезд. Эти реакции возможны лишь при температурах в десятки миллионов градусов. Они приводят к тому, что водород постепенно превращается в гелий, причем выделяется огромное количество энергии. Запасов водорода на Солнце хватит еще на много миллиардов лет. С тех пор как на Земле возникла жизнь, излучение энергии Солнца заметно не изменилось. Поэтому вопрос об исчерпании источников солнечной энергии не имеет для человечества ни малейшего практического значения.

Большое практическое значение имеет другое — более полное использование солнечной энергии, получаемой Землей. В этом направлении достигнуто еще очень мало, хотя за последние годы построен ряд установок с большими зеркалами, концентрирующими солнечное тепло для нагревания воды, например для паровых машин и даже для плавильных печей, в которых достигается температура до 3000°. Построены также опреснители, сушилки и тому подобные установки, использующие солнечную энергию.


Аккумулировать солнечную энергию можно и другими путями, превращая ее в энергию электрохимическую. Такого рода использование солнечной энергии применяется на советских искусственных спутниках Земли и на космических ракетах.
 

Источник: astronom-us.ru

Энергия, излучаемая Солнцем

Энергия Солнца огромна. Даже та ничтожная ее доля, которая попадает на Землю, оказывается очень большой. Если предположить полное использование энергии солнечных лучей, падающих на квадратный метр земной поверхности, можно заставить работать двигатель мощностью около двух лошадиных сил. Вся Земля в целом получает от Солнца в десятки тысяч раз больше энергии, чем могли бы выработать все источники электроэнергии мира, если бы они работали на полную мощность.

С Земли Солнце кажется нам сравнительно небольшим. Его легко заслонить горошиной на расстоянии вытянутой руки. Если подобный опыт выполнить с большой точностью, то можно рассчитать, что расстояние до Солнца в 107 раз превышает его диаметр. А поперечник у Солнца очень велик, он в 109 раз больше диаметра Земли, который, как известно, составляет около 13 тыс. км. Теперь легко высчитать размеры Солнца и величину расстояния до него в километрах.


Зная расстояние до Солнца и количество энергии, которое доходит от него к нам, можно определить количество энергии, излучаемое его поверхностью. Чем ближе мы подходим к источнику света, тем более концентрированным оказывается его излучение. Если бы Земля была к Солнцу вдвое ближе, то она получала бы от него в 4 раза больше энергии, чем сейчас. Таким же путем, если подойти вплотную к поверхности Солнца, можно найти, что мощность излучения возрастет в 46 тыс. раз.

Откуда берет энергию Солнце

Представьте себе, что каждая площадка на Солнце величиной с клеточку в школьной тетради подогревается двумя обычными электроплитками, и вы получите примерное представление о мощности излучения поверхности Солнца. Из физики известно, что такую мощность излучения имеет тело, нагретое до температуры около 6000°. Следовательно, такова температура поверхности Солнца. Поэтому 1 кв. см. поверхности Солнца излучает больше 6 кВт энергии.

По массе Солнце в 333 тыс. раз больше Земли, а по объему оно больше в 1 млн. 301 тыс. раз. Поэтому плотность Солнца меньше плотности Земли. В среднем Солнце раза в полтора плотнее воды. Но это только в среднем. Внутри Солнца вещество сильно сжато давлением вышележащих слоев и раз в десять плотнее свинца. Зато наружные слои Солнца в сотни раз разреженнее воздуха у поверхности Земли.

Давление — это вес всех слоев, расположенных над площадкой в один квадратный сантиметр. Если из Солнца вырезать вдоль диаметра столбик вещества сечением в 1 кв. см и взвесить его с помощью воображаемых весов, то потребуется гиря с массой в двести тысяч тонн! На Солнце, где сила тяжести во много раз больше, чем на Земле, такая гиря будет в тысячи раз тяжелее. Поэтому давление в недрах Солнца превышает 100 млрд. атмосфер.


При таком огромном давлении температура возрастает до значения, превышающего 10 млн. градусов! Оказывается, что в этих условиях вещество находится в газообразном состоянии. Однако по своим свойствам этот газ сильно отличается от обычных знакомых нам газов, например воздуха. Дело в том, что в нем почти все атомы полностью теряют свои электроны и превращаются в голые атомные ядра. Свободные электроны, оторвавшиеся от атомов, становятся составной частью газа, называемого в этих условиях плазмой.

Термоядерная энергия Солнца

Частицы плазмы, нагретой до 10 млн. градусов, движутся с огромными скоростями в сотни и тысячи километров в секунду! При этом вследствие чрезмерного давления частицы сильно сближаются, а отдельные ядра атомов иногда даже проникают друг в друга. В моменты такого проникновения происходят термоядерные реакции.

Атом гелия имеет чуть меньшую массу, чем четыре атома водорода, которые пошли на его образование. Этот дефект массы и выделяется в недрах Солнца в виде энергии, являющиеся источником неиссякаемой энергии Солнца.

В основном Солнце состоит из тех же самых химических элементов, что и Земля. Однако водорода на Солнце несравненно больше, чем на Земле. Можно сказать, что Солнце почти целиком состоит из водорода, в то время как всех остальных элементов значительно меньше. Поэтому водород является основным источником энергии, излучаемой Солнцем за счет термоядерных реакций.


За все время своего существования, которое, по-видимому, составляет не менее 6 млрд. лет, Солнце не израсходовало еще и половины своих запасов водородного ядерного топлива. В течение почти всего этого времени излучение Солнца примерно такое же, как и теперь. Так оно будет светить еще много миллиардов лет — до тех пор, пока в недрах Солнца весь водород не превратится в гелий.

Как же выделяется ядерная энергия внутри Солнца?

Когда ядра одного элемента (например, водорода), соединяясь, образуют ядра другого (например, гелия), возникают особые гамма-лучи, обладающие огромной энергией.

Всякие лучи испускаются атомами в виде отдельных порций, называемых квантами. Энергия квантов гамма-лучей очень велика. Атомы вещества в недрах Солнца обладают свойством жадно поглощать всякое излучение. При этом, как правило, поглощая квант с очень большой энергией, атом излучает два или несколько квантов с меньшей энергией. Пока порожденные термоядерными реакциями гамма-лучи дойдут до поверхности Солнца, произойдет очень много таких дроблений квантов первоначальных гамма-лучей. В результате с поверхности Солнца уже будут испускаться преимущественно лучи со значительно меньшей энергией: ультрафиолетовые, видимые и инфракрасные.


Ядерные реакции происходят в ядре Солнца, и здесь же выделяется энергия. Диаметр ядра составляет примерно 1/3 диаметра самого Солнца. В ядре сосредоточена наибольшая часть солнечного вещества.

К ядру примыкает самый протяженный слой Солнца, в котором в результате поглощения квантов, их дробления и переизлучения, энергия изнутри переносится наружу. Выше находится слой протяженностью около 1/10 солнечного радиуса, называемый конвективной зоной. Эта зона уже заметно холоднее. Она переходит в самые внешние слои Солнца — его атмосферу. Вследствие своей более низкой температуры конвективная зона не может обеспечить перенос всей энергии, поступающей снизу, только путем поглощения и переизлучения.

Поэтому в конвективной зоне в переносе излучения принимает участие само вещество: из глубины поднимаются вверх отдельные потоки более горячих газов, передающих свою энергию непосредственно внешним слоям. Солнечная атмосфера также состоит из нескольких весьма различных слоев. Самый глубокий и тонкий из них называется фотосферой, что по-русски означает «сфера света». Здесь возникает подавляющее количество световых и тепловых лучей, посылаемых Солнцем в мировое пространство.

Фотосфера — это та самая поверхность Солнца, которую можно наблюдать в телескоп, предварительно снабженный специальным темным светофильтром. Если этого не сделать, то наблюдатель неминуемо ослепнет.

Толщина фотосферы всего лишь 200—300 км, а более глубоких слоев Солнца мы уже совсем не видим. Это происходит потому, что вещество фотосферы непрозрачно, подобно густому туману.


Чем глубже слон фотосферы, тем они горячее. Когда мы смотрим на центр солнечного диска, то видим наиболее глубокие слои фотосферы. Это происходит по той же причине, по какой земная атмосфера в зените всегда заметно прозрачнее, чем у горизонта. Когда мы смотрим на край Солнца, мы видим не такие глубокие слои, как в центре. Поскольку эти слои холоднее и дают меньше света, на краю диск Солнца кажется темнее, а сам край его очень резким.

С помощью большого телескопа можно изучить характерную структуру фотосферы

Чередование маленьких (на самом деле размером около 1000 км) светлых пятнышек, окруженных темными промежутками, создает впечатление, что на поверхности Солнца рассыпаны рисовые зерна. Эти пятнышки называются гранулами. Они представляют собой отдельные элементы конвекции, поднявшиеся из конвективной зоны. Они горячее, а следовательно, и ярче окружающей фотосферы. Темные промежутки между ними — потоки опускающихся более холодных газов.

От движения гранул в солнечной атмосфере возникают волны, очень похожие на те, которые появляются в земной атмосфере при полете реактивного самолета. Распространяясь вверх в солнечной атмосфере, эти волны поглощаются, а их энергия переходит в теплоту. Поэтому в солнечной атмосфере над фотосферой температура начинает повышаться, и чем дальше от фотосферы, тем больше. В сравнительно тонком слое, называемом хромосферой, она поднимается до нескольких десятков тысяч градусов. А в наиболее разреженной, самой внешней оболочке Солнца, в короне, температура достигает миллиона градусов!

Хромосферу и корону можно видеть в редкие моменты полных солнечных затмений. Когда Луна целиком закрывает ослепительно яркую фотосферу, вокруг ее диска, который кажется черным, внезапно вспыхивает серебристо-жемчужное сияние в виде венца, часто имеющего длинные лучи. Это и есть солнечная корона — чрезвычайно разреженная газовая оболочка. Она простирается от Солнца на расстояние многих его радиусов. Форма короны сильно меняется со временем, о чем можно судить, сравнивая различные ее фотографии. Непосредственно вокруг черного диска Луны во время затмения видна блестящая тонкая розовая кайма. Это и есть хромосфера Солнца, слой раскаленных газов толщиной 10—15 тыс. км.

Хромосфера значительно прозрачнее фотосферы. Она имеет линейчатый спектр, испускаемый раскаленными парами водорода, гелия, кальция и других элементов. Поэтому хромосферу можно наблюдать, если с помощью специальных приборов выделить излучаемые этими элементами лучи.

 

В фотосфере много нейтральных атомов. В хромосфере вследствие высокой температуры атомы водорода и гелия начинают переходить в ионизованное состояние. Это значит, что они теряют свои электроны и становятся электрически заряженными, а их электроны начинают двигаться как свободные частицы. В короне, где температура несравненно больше, ионизация вещества настолько сильна, что все легкие химические элементы полностью лишаются своих электронов, а у тяжелых атомов их недостает более десятка. Это происходит потому, что при температуре в миллион градусов отдельные частицы движутся так быстро и с такой силой сталкиваются, что, образно говоря, от них «щепки летят». Таким образом, атмосфера Солнца, как и его недра, состоит из плазмы.

В короне плазма очень сильно разрежена. В каждом ее кубическом сантиметре содержится не более 100 млн. «ободранных» атомов и оторванных от них свободных электронов. Это в 100 млрд. раз меньше, чем молекул в воздухе. Если бы всю корону, простирающуюся на много солнечных радиусов, сжать до плотности воздуха на Земле, то получился бы ничтожный слой толщиной в несколько сантиметров, окружающий Солнце.

Вследствие столь большой разреженности корона еще прозрачнее для видимого света, чем хромосфера. По той же причине и количество излучаемого ею света ничтожно: яркость короны в миллион раз меньше яркости фотосферы. Именно поэтому в обычное время она незаметна на ярком фоне дневного неба и видна только во время полных солнечных затмений. Таким образом, хотя самые внешние слои солнечной атмосферы имеют температуру миллион градусов, их излучение составляет ничтожную долю от общей энергии, испускаемой Солнцем.

Почти всю эту энергию излучает фотосфера, имеющая температуру около 6000°. Поэтому такую температуру приписывают Солнцу в целом. Значение температуры миллион градусов, установленное в короне, говорит только о том, что ее частицы движутся с огромными скоростями, доходящими до сотен и тысяч километров в секунду.

Однако как же узнали, что температура солнечной короны так велика, если она излучает так мало? Дело в том, что наряду с другими лучами Солнце испускает относительно много радиоволн, во всяком случае, гораздо больше, чем должно давать тело, нагретое до 6000°. Солнечная корона очень сильно поглощает радиоволны. Поэтому доходящее до нас радиоизлучение Солнца в основном возникает не в фотосфере, а в короне. Измерения при помощи специальных радиотелескопов мощности этого радиоизлучения позволили определить температуру короны.

Солнечная активность

Время от времени в солнечной атмосфере появляются так называемые активные области, количество которых регулярно повторяется с периодом в среднем около 11 лет.

Наиболее существенным проявлением активной области являются наблюдаемые в фотосфере солнечные пятна. Они возникают в виде маленьких черных точек (пор). За несколько, дней поры развиваются в крупные темные образования. Обычно пятно окружено менее темной полутенью, состоящей из радиально, вытянутых прожилок. Оно кажется как бы «дыркой» на поверхности Солнца, такой большой, что в нее свободно можно закинуть «мячик», размером с Землю.

Если наблюдать Солнце изо дня в день, то, по перемещению пятен можно убедиться, что оно вращается вокруг своей оси и примерно, через 27 дней то или иное пятно снова проходит через центральный меридиан. Интересно, что на разных широтах скорость вращения Солнца различна: вблизи экватора вращение быстрее, а у полюсов оно медленнее.

За некоторое время до возникновения пятен на небольшом участке фотосферы появляется яркая область. По форме она напоминает сильно размазанную лужу причудливых очертаний с бесчисленными прожилками и яркими точками. Эти яркие области называются факелами. Они на несколько сотен градусов горячее фотосферы. Атмосфера над факелами также горячее и несколько плотнее. Факелы всегда окружают пятна.

По мере разрастания факела в активной области постепенно усиливается магнитное поле, особенно на некотором малом участке, где в дальнейшем может образоваться пятно. Такие пятна обладают сильным магнитным полем, останавливающим всякие движения и течения ионизованного газа, от чего в области пятна под фотосферой останавливаются конвективные движения и тем самым прекращается дополнительный перенос энергии из более глубоких слоев наружу.

Поэтому температура пятна оказывается примерно на 1000° ниже, чем в окружающей фотосфере, на фоне которой оно кажется темным. Появление факела также объясняется магнитным полем. Когда оно еще слабое и неспособно остановить конвекцию, тормозится только беспорядочный характер движений поднимающихся струй газа в конвективной зоне. Поэтому в факеле горячим газам легче подняться из глубины, вследствие чего он кажется ярче окружающей его фотосферы.

В хромосфере и короне над активной областью наблюдается много интереснейших явлений. К ним относятся хромосферные вспышки и протуберанцы.

Вспышки — один из самых быстрых процессов на Солнце. Обычно вспышка начинается с того, что за несколько минут яркость некоторой точки активной области сильно возрастает. Бывали даже такие сильные вспышки, которые по яркости превышали ослепительную фотосферу. После возгорания несколько десятков минут длится постепенное ослабление свечения, вплоть до исходного состояния. Вспышки возникают вследствие особых изменений магнитных полей, приводящих к внезапному сжатию вещества хромосферы.

Происходит нечто подобное взрыву, в результате которого образуется направленный поток очень быстрых заряженных частиц и космических лучей. Этот поток, проходя через корону, увлекает с собой частицы плазмы. Как струны скрипки, колеблемые гигантским смычком, эти частицы приходят в колебание и испускают при этом радиоволны.

Небольшая область, занятая вспышкой (всего лишь несколько сотен тысяч квадратных километров), создает очень мощное излучение. Оно состоит из рентгеновских, ультрафиолетовых и видимых лучей, радиоволн, быстро движущихся частиц (корпускул) и космических лучей. Все виды этого излучения оказывают сильное воздействие на явления, происходящие в земной атмосфере.

Лучистая энергия Солнца

Ультрафиолетовые и рентгеновские лучи быстрее всего достигают Земли, прежде всего ее ионосферы — верхних, ионизированных слоев атмосферы. От состояния земной ионосферы зависит распространение радиоволн и слышимость радиопередач. Под воздействием солнечных ультрафиолетовых и рентгеновских лучей увеличивается ионизация ионосферы. Вследствие этого в нижних ее слоях начинают сильно поглощаться короткие радиоволны. Из-за этого происходит замирание слышимости радиопередач на коротких волнах.

Ионосферные слои отражают короткие радиоволны и частично поглощают их.

Одновременно ионосфера приобретает способность лучше отражать длинные радиоволны. Поэтому во время вспышки на Солнце можно обнаружить внезапное усиление слышимости далекой радиостанции, работающей на длинной волне.

Поток частиц (корпускул) достигает Земли примерно только через сутки после того, как на Солнце произошла вспышка. «Продираясь» через солнечную корону, корпускулярный поток вытягивает ее вещество в длинные, характерные для ее структуры лучи.

Вблизи Земли поток корпускул встречается с магнитным полем Земли, которое не пропускает заряженных частиц. Однако трудно остановить частицы, мчащиеся со скоростью, всего лишь в несколько сот раз меньшей скорости света. Они прорывают преграду и как бы вдавливают магнитные силовые линии, окружающие земной шар. От этого на Земле происходит так называемая магнитная буря, заключающаяся в быстрых и неправильных изменениях магнитного поля. Во время магнитных бурь стрелка компаса совершает беспорядочные колебания и пользоваться этим прибором становится совершенно невозможно.

Подходя к Земле, поток солнечных частиц врывается в окружающие Землю слои очень быстрых заряженных частиц, образующих так называемые радиационные пояса. Пройдя эти пояса, некоторые частицы прорываются глубже в верхние слои атмосферы и вызывают очень красивые свечения воздуха, наблюдаемые большей частью в полярных широтах Земли. Эти переливающиеся различными цветами радуги свечения, то принимающие вид лучей, то как бы висящие подобно занавесям, называются полярными сияниями. Таким образом, вспышки на Солнце приводят к важным последствиям и тесно связаны с различными явлениями, происходящими на Земле.

В короне над активной областью также происходят грандиозные явления. Порой вещество короны начинает ярко светиться и можно видеть, как его потоки устремляются в хромосферу. Эти облака раскаленных газов, выбрасываемые из хромосферы и вверх, в десятки раз превышающие земной шар, называются протуберанцами. Протуберанцы поражают разнообразием своих форм, богатой структурой, сложными движениями отдельных узлов и внезапными изменениями, которые сменяются длительными пе-риодами спокойного состояния.

Протуберанцы холоднее и плотнее окружающей их короны и обладают примерно такой же температурой, как и хромосфера.

На движение и возникновение протуберанцев, как и на другие активные образования в солнечной атмосфере, сильное влияние оказывают магнитные поля. По-видимому, эти поля являются основной причиной всех активных явлений, происходящих в солнечной атмосфере. С магнитными полями связана также периодичность солнечной активности — пожалуй, наиболее интересная из всех особенностей солнечных явлений. Эту периодичность можно проследить по всем явлениям, но особенно легко ее заметить, если день за днем подсчитывать количество имеющихся на Солнце пятен.

Период, когда пятен совсем нет, называется минимумом. Вскоре после минимума пятна начинают появляться на большом расстоянии от солнечного экватора. Потом постепенно их число увеличивается и они возникают все ближе и ближе к экватору. Через 3—4 года наступает максимум солнечных пятен, отличающийся наибольшим количеством активных образований на Солнце. Затем солнечная активность постепенно спадает, и примерно через 11 лет снова наступает минимум.

Возможно, «секрет» солнечной активности связан с удивительным характером вращения Солнца: на экваторе вращение быстрее, чем у полюсов. Через 1 оборот Солнца (около 27 дней) детали, располагавшиеся на одном меридиане, снова пройдут через него одновременно.

Периодичность солнечной активности пока еще остается увлекательной загадкой Солнца. Только в последние годы удалось приблизиться к ее решению. По-видимому, причина солнечной активности связана со сложным взаимодействием между ионизованным веществом Солнца и его общим магнитным полем. Результат этого взаимодействия — периодическое усиление магнитных полей.

Использование альтернативной энергии Солнца

Некоторые люди ошибаются, говоря о тепловой энергии Солнца. До нашей планеты солнечная энергия доходит в виде лучей, излучения. Поэтому разумно говорить о лучистой энергии Солнца. Сегодня модно упоминать об альтернативных источниках. Но Солнце, пожалуй, самый безальтернативный источник энергии. Понятно, что радетели за зеленую планету призывают отказаться от бензина и заправлять машины Солнцем.

Но не будь Солнца, не было бы ни бензина, ни нефти, ни газа, ни самих радетелей за зеленую планету. Не стоит жонглировать словами и подменять понятия. Обман и самообман никогда не дает лучшего результата и, кроме того, имеет свойство быть раскрытым. Солнечные батареи и биологические концентраторы, как и водород – не альтернативные, а более эффективные (в перспективе) источники энергии. А поскольку альтернатив Солнцу нет, давайте будем и дальше радоваться безальтернативной энергии, которую нам дает наше светило и стараться использовать ее, с максимально возможным к.п.д. Даешь повышение КПД!


Источник: greensource.ru

Ядро

Ядро Солнца — это область, которая простирается от центра до 20-25% радиуса светила. Именно здесь, в ядре, производится энергия, порождаемая преобразованием атомов водорода (H) в молекулы гелия (He). Это возможно благодаря огромному давлению и высокой температуре, присущим ядру, которые, по оценкам, эквивалентны 250 миллиардам атмосфер (25,33 триллиона кПа) и 15,7 миллионам градусов по Цельсию, соответственно.

Конечным результатом является слияние четырех протонов (молекул водорода) в одну альфа-частицу — два протона и два нейтрона, связанных между собой в частицу, идентичной ядру гелия. В этом процессе высвобождается два позитрона, а также два нейтрино (что меняет два протона на нейтроны) и энергия.

Ядро — единственная часть Солнца, которая производит значительное количество тепла в процессе синтеза. По сути, 99% энергии, произведенной Солнцем, содержится в пределах 24% радиуса Солнца. К 30% радиуса синтез почти целиком прекращается. Остаток Солнца подогревается энергией, которая передается из ядра через последовательные слои, в конечном счете достигая солнечной фотосферы и утекая в космос в виде солнечного света или кинетической энергии частиц.

Солнце высвобождает энергию, преобразуя массу в энергию со скоростью 4,26 миллиона метрических тонн в секунду, что эквивалентно 38,460 септиллионам ватт в секунду. Чтобы вам было понятнее, это эквивалентно взрывам 1 820 000 000 «царь-бомб» — самой мощной термоядерной бомбы в истории человечества.

Зона лучистого переноса

Эта зона находится сразу после ядра и простирается на 0,7 солнечного радиуса. В этом слое нет тепловой конвекции, но солнечная материя очень горячая и достаточно плотная, чтобы тепловое излучение запросто передавало интенсивное тепло из ядра наружу. В основном она включает ионы водорода и гелия, испускающие фотоны, которые проходят короткое расстояние и поглощаются другими ионами.

Температура этого слоя пониже, примерно от 7 миллионов градусов ближе к ядру до 2 миллионов градусов на границе конвективной зоны. Плотность тоже падает в сто раз с 20 г/см³ ближе к ядру до 0,2 г/см³ у верхней границы.

Конвективная зона

Это внешний слой Солнца, на долю которого приходится все, что выходит за рамки 70% внутреннего радиуса Солнца (и уходит примерно на 200 000 километров ниже поверхности). Здесь температура ниже, чем в радиационной зоне, и тяжелые атомы не полностью ионизированы. В результате радиационный перенос тепла проходит менее эффективно, и плотность плазмы достаточно низка, чтобы позволить появляться конвективным потокам.

Из-за этого поднимающиеся тепловые ячейки переносят большую часть тепла наружу к фотосфере Солнца. После тог, как эти ячейки поднимаются чуть ниже фотосферической поверхности, их материал охлаждается, а плотность увеличивается. Это приводит к тому, что они опускаются к основанию конвективной зоны снова — где забирают еще тепло и продолжают конвективный цикл.

На поверхности Солнца температура падает до примерно 5700 градусов по Цельсию. Турбулентная конвекция этого слоя Солнца также вызывает эффект, который вырабатывает магнитные северный и южный полюса по всей поверхности Солнца.

Именно в этом слое также появляются солнечные пятна, которые кажутся темными по сравнению с окружающей область. Эти пятна соответствуют концентрациям потоков магнитного поля, которые осуществляют конвекцию и приводят к падению температуры на поверхности по сравнению с окружающим материалом.

Фотосфера

Наконец, есть фотосфера, видимая поверхность Солнца. Именно здесь солнечный свет и тепло, излученные и поднятые на поверхность, распространяются в космос. Температуры в этом слое варьируются между 4500 и 6000 градусами. Поскольку верхняя часть фотосферы холоднее нижней, Солнце кажется ярче в центре и темнее по бокам: это явление известно как затемнение лимба.

Толщина фотосферы — сотни километров, именно в этой области Солнце становится непрозрачным для видимого света. Причина этого в уменьшении количества отрицательно заряженных ионов водорода (H-), которые с легкостью поглощают видимый свет. И наоборот, видимый свет, который мы видим, рождается в процессе реакции электронов с атомами водорода с образованием ионов H-.

Энергия, испускаемая фотосферой, распространяется в космосе и достигает атмосферы Земли и других планет Солнечной системы. Здесь, на Земле, верхний слой атмосферы (озоновый слой) фильтрует большую часть ультрафиолетового излучения Солнца, но пропускает часть на поверхность. Затем эта энергия поглощается воздухом и земной корой, согревает нашу планету и обеспечивает организмы источником энергии.

Солнце находится в центре биологических и химических процессов на Земле. Без него жизненный цикл растений и животных закончился бы, циркадные ритмы всех земных существ были бы сорваны, и жизнь на Земле перестала бы существовать. Важность Солнца была признана еще в доисторические времена, и многие культуры рассматривали его как божество (и зачастую помещали его в качестве главного божества в свои пантеоны).

Однако только в последние несколько столетий мы начали понимать процессы, которые питают Солнце. Благодаря постоянным исследованиям физиков, астрономов и биологов, мы теперь можем понять, как Солнце производит энергию и как она проходит через нашу Солнечную систему. Изучение известной Вселенной с ее разнообразием звездных систем и экзопланет также помогает нам провести аналогию с другими типами звезд.

Источник: Hi-News.ru

Группа 12
Астрономия
Письменно ответить на вопросы, выучить.
1. Каков химический состав Солнца?
2. Каков источник энергии излучения Солнца? Какие изменения с его веществом происходят при этом?
3. Какой слой Солнца является основным источником видимого излучения?
4. Каково внутреннее строение Солнца?
5. Какими способами осуществляется перенос энергии из недр Солнца наружу?
6. Какие явления на Земле связаны с солнечной активностью?
7. Чем объясняется понижение температуры в области солнечных пятен?
8. Как определяется расстояние до звезд?
9. От чего зависит цвет звезды?
10. От чего зависит светимость звезды?
11. Понятие двойной звезды
12. Каковы размеры самых маленьких звезд?
13. Сравните размеры и плотности сверхгигантов и карликов
14. Стадии эволюции звезд
15. В чем причина изменения блеска цефеид?
16. Что такое пульсары?
17. Может ли Солнце вспыхнуть, как новая звезда?
18. Строение галактики
19. Наша Галактика
20. Как проявляет себя межзвездная среда? Каков её состав?
21. Типы галактик
22. Что является источником радиоизлучения в радиогалактиках?
23. Строение спиральных галактик
24. Чем объясняется красное смещение в спектрах галактик?
25. Какие внегалактические источники радиоизлучения известны?
Составить кроссворд по всему материалу. Минимум 10 вопросов (оценка 3)
Задание до 03.04.2020
Не забудьте про рефераты. У вас две недели.
Задание по физике
Решите задачи в тетради
1. Два электрона находятся на расстоянии 20 см друг от друга. Определите силу взаимодействия между электронами.
2. Протон и электрон взаимодействуют с силой 4 мН. На каком расстоянии находятся частицы.
3. Два заряда по 10 нКл находятся на расстоянии 4 см в керосине. Определите силу взаимодействия.
4. Заряд 6 мкКл притягивает к себе другой заряд, находящийся на расстоянии 5 см с силой
3 мН. Определите величину второго заряда.
5. На каком расстоянии находятся два заряда 2 нКл и 5 нКл, если сила взаимодействия в керосине 6 мН?
до 03.04.2020 прислать фото

Источник: vk.com

Солнце излучает свою энергию во всех длинах волн, но по-разному. Приблизительно 44% энергии излучения приходится на видимую часть спектра, а максимум соответствует желто-зеленому цвету. Около 48% энергии, теряемой Солнцем, уносят инфракрасные лучи ближнего и дальнего диапазона. На гамма-лучи, рентгеновское, ультрафиолетовое и радио излучение приходится лишь около 8%.

Видимая часть солнечного излучения при изучении с помощью спектроанализирующих приборов оказывается неоднородной – в спектре наблюдаются линии поглощения, впервые описанные Й.Фраунгофером в 1814 году. Эти линии возникают при поглощении фотонов определенных длин волн атомами различных химических элементах в верхних, относительно холодных, слоях атмосферы Солнца. Спектральный анализ позволяет получить информацию о составе Солнца, поскольку определенный набор спектральных линий исключительно точно характеризует химический элемент. Так, например, с помощью наблюдений спектра Солнца было предсказано открытие гелия, который на Земле был выделен позже.

В ходе наблюдений ученые выяснили, что Солнце – мощный источник радиоизлучения. В межпланетное пространство проникают радиоволны, которые излучает хромосфера (сантиметровые волны) и корона (дециметровые и метровые волны). Радиоизлучение Солнца имеет две составляющие – постоянную и переменную (всплески, «шумовые бури»). Во время сильных солнечных вспышек радиоизлучение Солнца возрастает в тысячи и даже миллионы раз по сравнению с радиоизлучением спокойного Солнца. Это радиоизлучение имеет нетепловую природу.

Рентгеновские лучи исходят в основном от верхних слоев хромосферы и короны. Особенно сильным излучение бывает в годы максимума солнечной активности.

Солнце излучает не только свет, тепло и все другие виды электромагнитного излучения. Оно также является источником постоянного потока частиц – корпускул. Нейтрино, электроны, протоны, альфа-частицы, а также более тяжелые атомные ядра все вместе составляют корпускулярное излучение Солнца. Значительная часть этого излучения представляет собой более или менее непрерывное истечение плазмы – солнечный ветер, являющийся продолжением внешних слоев солнечной атмосферы – солнечной короны. На фоне этого постоянно дующего плазменного ветра отдельные области на Солнце являются источниками более направленных, усиленных, так называемых корпускулярных потоков. Скорее всего они связаны с особыми областями солнечной короны – коронарными дырами, а также, возможно, с долгоживущими активными областями на Солнце. Наконец, с солнечными вспышками связанны наиболее мощные кратковременные потоки частиц, главным образом электронов и протонов. В результате наиболее мощных вспышек частицы могут приобретать скорости, составляющие заметную долю скорости света. Частицы с такими большими энергиями называются солнечными космическими лучами.

Солнечное корпускулярное излучение оказывает сильное влияние на Землю, и прежде всего на верхние слои ее атмосферы и магнитное поле, вызывая множество геофизических явлений. От вредного влияния излучения Солнца нас защищает магнитосфера и атмосфера Земли.

Источник: www.examen.ru


You May Also Like

About the Author: admind

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.