Солнце единственная звезда солнечной системы


Солнце единственная звезда Солнечной системы, дневное светило. Вокруг Солнца обращаются другие объекты этой системы: планеты и их спутники, карликовые планеты и их спутники, астероиды, метеориты, кометы и космическая пыль. Масса Солнца составляет 99,866 % от суммарной массы всей Солнечной системы. Солнечное излучение поддерживает жизнь на Земле (свет необходим для начальных стадий фотосинтеза), определяет климат. Солнце состоит из водорода (~73 % от массы и ~92 % от объёма), гелия (~25 % от массы и ~7 % от объёма) и других элементов с меньшей концентрацией: железа, никеля, кислорода, азота, кремния, серы, магния, углерода, неона, кальция и хрома. На 1 млн атомов водорода приходится 98 000 атомов гелия, 851 атом кислорода, 398 атомов углерода, 123 атома неона, 100 атомов азота, 47 атомов железа, 38 атомов магния, 35 атомов кремния, 16 атомов серы, 4 атома аргона, 3 атома алюминия, по 2 атома никеля, натрия и кальция, а также совсем немного всех прочих элементов. Средняя плотность Солнца составляет 1,4 г/см³. По спектральной классификации Солнце относится к типу G2V («жёлтый карлик»). Температура поверхности Солнца достигает 6000 К. Поэтому Солнце светит почти белым светом, но прямой свет Солнца у поверхности нашей планеты приобретает некоторый жёлтый оттенок из-за более сильного рассеяния и поглощения коротковолновой части спектра атмосферой Земли (при ясном небе, вместе с голубым рассеянным светом от неба, солнечный свет вновь даёт белое освещение).


Солнечный спектр содержит линии ионизированных и нейтральных металлов, а также ионизированного водорода. В нашей галактике Млечный Путь насчитывается свыше 100 млрд звёзд. При этом 85 % звёзд нашей галактики — это звёзды, менее яркие, чем Солнце (в большинстве своём красные карлики). Как и все звёзды главной последовательности, Солнце вырабатывает энергию путём термоядерного синтеза. В случае Солнца подавляющая часть энергии вырабатывается при синтезе гелия из водорода.

Удалённость Солнца от Земли, 149,6 млн км, приблизительно равна астрономической единице, а видимый угловой диаметр при наблюдении с Земли, как и у Луны, — чуть больше полградуса (31—32 минуты). Солнце находится на расстоянии около 26 000 световых лет от центра Млечного Пути и вращается вокруг него, делая один оборот более чем за 200 млн лет. Орбитальная скорость Солнца равна 217 км/с — таким образом, оно проходит один световой год за 1400 земных лет, а одну астрономическую единицу — за 8 земных суток. В настоящее время Солнце находится во внутреннем крае рукава Ориона нашей Галактики, между рукавом Персея и рукавом Стрельца, в так называемом «Местном межзвёздном облаке» — области повышенной плотности, расположенной, в свою очередь, в имеющем меньшую плотность «Местном пузыре» — зоне рассеянного высокотемпературного межзвёздного газа.


звёзд, принадлежащих 50 самым близким звёздным системам в пределах 17 световых лет, известным в настоящее время, Солнце является четвёртой по яркости звездой (его абсолютная звёздная величина +4,83m).

Источник: rusnasa.ru

Интересные факты о Солнце

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

Внутри поместится миллион Земель

  • 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.

Вмещает 99.86% массы системы

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

Почти идеальная сфера

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

Температура в центре поднимается до 15 млн. °C

  • 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.

Однажды Солнце поглотит Землю

  • 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.

Однажды достигнет земного размера

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

Солнечный луч добирается к нам за 8 минут

  • 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.

Скорость движения Солнца – 220 км/с

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

Дистанция Земля-Солнце меняется в течение года

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

Это звезда со средним возрастом

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

Наблюдается мощное магнитное поле

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

Звезда формирует солнечный ветер

  • 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.

Наименование 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».

Характеристики Солнца

Солнце — звезда главной последовательности G-типа с абсолютной величиной 4.83, что ярче примерно 85% других звезд в галактике, многие из которых выступают красными карликами. При диаметре 696342 км и массе – 1.988 х 1030 кг Солнце в 109 раз крупнее Земли и в 333000 раз массивнее.

Это звезда, поэтому плотность меняется в зависимости от слоя. Средний показатель достигает 1.408 г/см3. Но ближе к ядру увеличивается до 162.2 г/см3, что в 12.4 раз превосходит земную.

В небе кажется желтым, но истинный цвет – белый. Видимость создается атмосферой. Температура возрастает с приближенностью к центру. Ядро нагревается до 15.7 млн. К, корона – 5 млн. К, а видимая поверхность – 5778 К.

Солнце выполнено из плазмы, поэтому наделено высоким магнетизмом. Есть северный и южный магнитные полюса, а линии формируют активность, наблюдаемую на поверхностном слое. Темные пятна отмечают прохладные точки и поддаются цикличности.


Выброс корональной массы и вспышки происходят, когда линии магнитного поля перенастраиваются. Цикл занимает 11 лет, во время которого активность возрастает и утихает. Наибольшее количество солнечных пятен возникает в максимуме активности.

Кажущаяся величина достигает -26.74, что в 13 млрд. раз ярче Сириуса (-1.46). Земля отдалена от Солнца на 150 млн. км = 1 а.е. Для преодоления этой дистанции световому лучу нужно 8 минут и 19 секунд.

Состав и структура Солнца

Звезда наполнена водородом (74.9%) и гелием (23.8%). Среди более тяжелых элементов присутствуют кислород (1%), углерод (0.3%), неон (0.2%) и железо (0.2%). Внутренняя часть делится на слои: ядро, радиационная и конвективная зоны, фотосфера и атмосфера. Наибольшей плотностью (150 г/см3) наделено ядро и занимает 20-25% всего объема.

На оборот оси звезда тратит месяц, но это приблизительная оценка, потому что перед нами плазменный шар. Анализ показывает, что ядро вращается быстрее внешних слоев. Пока экваториальная линия тратит 25.4 дней на оборот, то у полюсов уходит 36 дней.

В ядре небесного тела формируется солнечная энергия из-за ядерного синтеза, трансформирующего водород в гелий. В нем создается почти 99% тепловой энергии.


Между радиационной и конвективной зонами расположен переходный слой – тахолин. В нем заметно резкая перемена равномерного вращения радиационной зоны и дифференциальное вращение конвекционной, что вызывает серьезный сдвиг. Конвективная зона находится на 200000 км ниже поверхности, где температура и плотность также ниже.

Видимая поверхность именуется фотосферой. Над этим шаром свет может свободно распространяться в пространство, высвобождая солнечную энергию. В толщину охватывает сотни километров.

Верхняя часть фотосферы уступает по нагреву нижней. Температура поднимается к 5700 К, а плотность – 0.2 г/см3.

Атмосфера Солнца представлена тремя слоями: хромосфера, переходная часть и корона. Первая простирается на 2000 км. Переходная занимает 200 км и прогревается до 20000-100000 К. Четких границ у слоя нет, но заметен нимб с постоянным хаотичным движением. Корона прогревается до 8-20 млн. К, на что влияет солнечное магнитное поле.

Гелиосфера – магнитная сфера, простирающаяся за черту гелиопаузы (на 50 а.е. от звезды). Ее также называют солнечным ветром.

Эволюция и будущее Солнца

Ученые убеждены, что Солнце появилось 4.57 млрд. лет назад из-за крушения части молекулярного облака, представленного водородом и гелием. При этом оно запустило вращение (из-за углового момента) и начало нагреваться с ростом давления.

Большая часть массы сконцентрировалась в центре, а остальное превратилось в диск, который позже сформирует известные нам планеты. Гравитация и давление привели к росту тепла и ядерному синтезу. Произошел взрыв и появилось Солнце. На рисунке можно проследить этапы эволюции звезд.


Солнце единственная звезда солнечной системы

Сейчас звезда пребывает в фазе главной последовательности. Внутри ядра трансформируется больше 4 млн. тон вещества в энергию. Температура постоянно растет. Анализ показывает, что за последние 4.5 млрд. лет Солнце стало ярче на 30% с увеличением в 1% на каждые 100 млн. лет.

Полагают, что в итоге оно начнет расширяться и превратится в красного гиганта. Из-за увеличения размера погибнет Меркурий, Венера и, возможно, Земля. В фазе гиганта пробудет примерно 120 млн. лет.

Жизненный цикл Солнца

Потом начнется процесс уменьшения размера и температуры. Оно продолжит сжигать остатки гелия в ядре, пока не закончатся запасы. Через 20 млн. лет оно потеряет стабильность. Земля уничтожится или же раскалится. Через 500000 лет останется лишь половина солнечной массы, а внешняя оболочка создаст туманность. В итоге, мы получим белый карлик, который проживет триллионы лет и лишь потом станет черным.

Расположение Солнца в галактике


Солнце находится ближе к внутреннему краю рукава Ориона в Млечном Пути. Удаленность от галактического центра составляет 7.5-8.5 тысяч парсеков. Находится внутри локального пузыря – полость в межзвездной среде с раскаленным газом.

Солнечная система проживает в галактической жилой зоне. Эта территория наделена особыми характеристиками, способными поддерживать жизнь. Солнечное движение направлено к Веге на территории Лиры и под углом в 60 градусов от галактического центра. Среди ближайших 50 систем наше Солнце стоит на 40-м месте по массивности.

Полагают, что орбитальный путь эллиптический с присутствием возмущения от галактических спиральных рукавов. Тратит 225-250 млн. лет на один орбитальный пролет. Поэтому на сегодняшний момент выполнило лишь 20-25 орбит. Ниже можно рассмотреть карту поверхности Солнца. При желании воспользуйтесь нашими телескопами онлайн в режиме реального времени, чтобы полюбоваться звездой системы. Не забывайте отслеживать космическую погоду с указанием магнитных бурь и солнечных вспышек.

Солнечные нейтрино

Физик Евгений Литвинович о частицах нейтрино, летящих от Солнца, стандартной солнечной модели и проблеме металличности:


Карта поверхности Солнце


Ссылки

Источник: v-kosmose.com

Единственная звезда Солнечной системы

Возможно, кое-кто удивится, узнав, что Солнце планетой не является. Солнце — это огромный, светящийся, состоящий из газов шар, внутри которого постоянно происходят термоядерные реакции, выделяющие энергию, дающую свет и тепло. Интересно, что подобной звезды в Солнечной системе не существует, а потому оно притягивает к себе все объекты более мелких размеров, оказавшиеся в зоне его гравитации, в результате чего они начинают вращаться вокруг Солнца по траектории.

Естественно, в космосе Солнечная система находится не сама по себе, а входит в состав Млечного пути, галактики, что являет собой огромную звёздную систему. От центра Млечного пути, Солнце отделяет 26 тыс. световых лет, поэтому движение Солнца вокруг него составляет один оборот за 200 млн. лет. А вот вокруг своей оси звезда оборачивается за месяц – и то, данные эти приблизительны: оно являет собой плазмовый шар, составные которого вращаются с разной скоростью, а потому трудно сказать, сколько именно времени уходит на полный оборот. Так, например, в районе экватора это происходит за 25 дней, у полюсов – на 11 дней больше.

Из всех известных на сегодняшний день звёзд, по яркости наше Светило находится на четвёртом месте (когда звезда проявляет солнечную активность, она светит ярче, чем когда спадает). Сам по себе этот огромный газообразный шар белого цвета, но из-за того, что наша атмосфера поглощает волны короткого спектра и луч Солнца у поверхности Земли рассеивается, свет Солнца становится желтоватого оттенка, а белый цвет можно увидеть разве что в ясный погожий день на фоне голубого неба.

Будучи единственной звездой Солнечной системы, Солнце также является единственным источником её света (не считая очень далёких звёзд). Несмотря на то, что Солнце и Луна на небе нашей планеты являются самыми крупными и яркими объектами, разница между ними огромная. Тогда как Солнце само излучает свет, спутник Земли, будучи абсолютно тёмным объектом, просто отражает его (можно сказать, что мы также видим Солнце ночью, когда на небе находится освещённая им Луна).

Светило Солнце – звезда молодая, её возраст, по оценкам учёных, составляет более четырёх с половиной миллиардов лет. А потому относится к звезде третьего поколения, которая была образована из остатков ранее существующих звёзд. Его по праву считают самым большим объектом Солнечной системы, поскольку его вес в 743 раза больше массы всех планет, вращающихся вокруг Солнца (наша планета в 333 тысяч раз легче Солнца и меньше его в 109 раз).

Атмосфера Солнца

Так как температурные показатели верхних слоёв Солнца превышают 6 тыс. градусов Цельсия, оно твёрдым телом не является: при такой высокой температуре любой камень или металл трансформируется в газ. К таким выводам учёные пришли недавно, поскольку раньше астрономы выдвигали предположение, что излучаемый звездой свет и тепло являются результатом горения.

Чем больше астрономы наблюдали за Солнцем, тем понятней становилось: его поверхность накалена до предела вот уже несколько миллиардов лет, а так долго ничего гореть не может. По одной из современных гипотез, внутри Солнца происходят те же процессы, что в атомной бомбе – материя преобразовывается в энергию, и в результате термоядерных реакций водород (его доля в составе звезды составляет около 73,5 %) трансформируется в гелий (почти 25%).

Слухи о том, что Солнце на Земле рано или поздно погаснет, не лишены оснований: количество водорода, находящегося в ядре, не безгранично. По мере его сгорания внешний слой звезды будет расширяться, в то время как ядро, наоборот, уменьшаться, в результате чего жизнь Солнца закончится, и оно преобразуется в туманность. Начнётся этот процесс нескоро. По расчётам учёных, это произойдёт не ранее, чем через пять-шесть миллиардов лет.

Что касается внутренней структуры, то поскольку звезда являет собой газообразный шар, с планетой его объединяет разве что наличие ядра.

Ядро

Именно здесь происходят все термоядерные реакции, порождающие тепло и энергию, которые, минуя все последующие слои Солнца, покидают её в виде солнечного света и кинетической энергии. Солнечное ядро простирается от центра Солнца на расстояние в 173 000 км (приблизительно 0,2 солнечного радиуса). Интересно, что в ядре звезда вокруг своей оси вращается намного быстрее, чем в верхних слоях.

Зона лучистого переноса

Ушедшие из ядра фотоны в зоне лучистого переноса сталкиваются с плазмовыми частицами (ионизированным газом, образованным из нейтральных атомов и заряженных частиц, ионов и электронов) и обмениваются с ними энергией. Столкновений наблюдается так много, что фотону, дабы миновать этот слой, иногда требуется около миллиона лет, и это несмотря на то, что плотность плазмы и её температурные показатели у внешней границы уменьшаются.

Тахоклин

Между зоной лучистого переноса и конвективной зоной находится очень тонкий слой, где происходит формирование магнитного поля – силовые линии электромагнитного поля вытягиваются плазмовыми потоками, увеличивая его напряжённость. Есть все основания предполагать, что здесь плазма значительно изменяет свою структуру.

Конвективная зона

Возле солнечной поверхности, температуры и плотности вещества становится недостаточно для того, чтобы энергия Солнца переносилась лишь с помощью переизлучения. Поэтому здесь плазма начинает вращаться, образовывая вихри, перенося энергию к поверхности, при этом чем ближе к внешнему краю зоны, тем больше она охлаждается, а плотность газа уменьшается. В то же время охлаждённые на поверхности частицы находящейся над ней фотосферы уходят в конвективную зону.

Фотосфера

Фотосферой называют самую яркую часть Солнца, которую можно увидеть с Земли в виде солнечной поверхности (называется она так условно, поскольку тело, состоящее из газа, поверхности не имеет, поэтому её относят к части атмосферы).

По сравнению с радиусом звезды (700 тыс. км) фотосфера представляет собой очень тонкий слой толщиной от 100 до 400 км.

Именно здесь во время проявления солнечной активности происходит выделение световой, кинетической и тепловой энергии. Поскольку температура плазмы в фотосфере ниже, чем в остальных местах, и присутствует сильное магнитное излучение, в неё формируются солнечные пятна, порождающие всем известный феномен, как вспышки на Солнце.

Хотя вспышки на Солнце непродолжительны, энергии в этот период выбрасывается чрезвычайно много. А проявляется она в виде заряженных частиц, ультрафиолетового, оптического, рентгеновского или гамма-излучения, а также плазмовых течений (на нашей планете они вызывают магнитные бури, негативно влияющие на здоровье людей).

Газ в этой части звезды относительно разряжён и вращается очень неравномерно: его оборот в районе экватора составляет 24 дня, на полюсах – тридцать. В верхних слоях фотосферы зафиксированы минимальные температурные показатели, из-за которых из 10 тыс. атомов водорода только один имеет заряженный ион (несмотря на это, даже в этой области плазма является достаточно ионизированной).

Хромосфера

Хромосферой называют верхнюю оболочку Солнца толщиной в 2 тыс. км. В этом слое температура резко возрастает, а водород и другие вещества начинают активно ионизироваться. Плотность этой части Солнца обычно невысока, а потому с Земли трудно различима, и увидеть её можно лишь в случае затмения Солнца, когда Луна закрывает собой более яркий слой фотосферы (хромосфера в это время светится красным цветом).

Корона

Корона является последней внешней, сильно раскалённой оболочкой Солнца, которая видна с нашей планеты во время полного солнечного затмения: она напоминает лучистый ореол. В другое время увидеть её невозможно из-за очень невысокой плотности и яркости.

Состоит она из протуберанцев, фонтанов раскалённого газа высотой до 40 тыс. км, и энергетических извержений, которые на огромной скорости уходят в космос, образуя солнечный ветер, состоящий из потока заряженных частиц. Интересно, что именно с солнечным ветром связаны многие природные явления нашей планеты, например, северное сияние. Надо заметить, что солнечный ветер сам по себе чрезвычайно опасен, и если нашу планету не защищала атмосфера, то он погубил бы всё живое.

Земной год

Вокруг Солнца наша планета движется на скорости около 30 км/с и период полного её оборота равняется одному году (длина орбиты составляет более 930 млн. км). В точке, где солнечный диск находится ближе всех к Земле, нашу планету от звезды отделяет 147 млн. км, а в наиболее удалённой точке – 152 млн. км.

Видимое с Земли «движение Солнца» изменяется на протяжении целого года, а его траектория напоминает восьмёрку, вытянутую вдоль оси Земли с севера на юг с уклоном в сорок семь градусов.

Происходит это из-за того, что угол отклонения оси Земли от перпендикуляра к плоскости орбиты составляет около 23,5 градусов, а поскольку наша планета вращается вокруг Солнца, лучи Солнца ежедневно и ежечасно (не считая экватора, где день равен ночи) меняют угол своего падения в одной и той же точке.

Летом в северном полушарии наша планета наклонена в сторону Светила, а потому лучи Солнца освещают земную поверхность максимально интенсивно. А вот зимой, поскольку путь солнечного диска по небу проходит очень низко, луч Солнца падает на нашу планету под более крутым углом, а потому земля прогревается слабо.

Средняя температура устанавливается, когда наступает осень или весна и Солнце расположено на одинаковом расстоянии по отношению к полюсам. В это время ночи и дни имеют приблизительно одинаковую продолжительность – и на Земле создаются климатические условия, являющие собой переходной этап между зимой и летом.

Такие изменения начинают проходить ещё зимой, после зимнего солнцестояния, когда траектория движения Солнца по небосводу изменяется, и оно начинает подниматься.

Поэтому, когда наступает весна, то Солнце приближается ко дню весеннего равноденствия, продолжительность дня и ночи становится одинаковой. Летом, 21 июня, в день летнего солнцестояния, солнечный диск достигает наивысшей точки над горизонтом.

Земной день

Если на небосвод смотреть с точки зрения землянина в поисках ответа на вопрос, почему Солнце светит днём и где оно встаёт, то вскоре можно убедиться, что Солнце всходит на востоке, а его заход можно увидеть на западе.

Происходит это из-за того, что наша планета не только движется вокруг Солнца, но ещё и вращается вокруг своей оси, совершая полный оборот за 24 часа. Если смотреть на Землю из космоса, то можно увидеть, что она, как большинство планет Солнца, оборачивается против часовой стрелки, с запада на восток. Стоя на Земле и наблюдая за тем, где Солнце показывается утром, всё видится в зеркальном отражении, а потому Солнце встаёт на востоке.

При этом наблюдается интересная картина: человек, наблюдая за тем, где Солнце находится, стоя на одной точке, вместе с Землёй движется в восточном направлении. В это же время части планеты, которые расположены в западной стороне, одну за другой постепенно начинает освещать свет Солнца. Так. например, восход Солнца на восточном побережье США можно увидеть на три часа раньше до того, как Солнце встаёт на западном.

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.

Источник: awesomeworld.ru

Общие сведения

Солнце принадлежит к первому типу звёздного населения. Одна из распространённых теорий возникновения Солнечной системы предполагает, что её формирование было вызвано взрывами одной или нескольких сверхновых звёзд. Это предположение основано, в частности, на том, что в веществе Солнечной системы содержится аномально большая доля золота и урана, которые могли бы быть результатом эндотермических реакций, вызванных этим взрывом, или ядерного превращения элементов путём поглощения нейтронов веществом массивной звезды второго поколения.

Излучение Солнца — основной источник энергии на Земле. Его мощность характеризуется солнечной постоянной — количеством энергии, проходящей через площадку единичной площади, перпендикулярную солнечным лучам. На расстоянии в одну астрономическую единицу (то есть на орбите Земли) эта постоянная равна приблизительно 1,37 кВт/м².

Проходя сквозь атмосферу Земли, солнечное излучение теряет в энергии примерно 370 Вт/м², и до земной поверхности доходит только 1000 Вт/м² (при ясной погоде и когда Солнце находится в зените). Эта энергия может использоваться в различных естественных и искусственных процессах. Так, растения, используя её посредством фотосинтеза, синтезируют органические соединения с выделением кислорода. Прямое нагревание солнечными лучами или преобразование энергии с помощью фотоэлементов может быть использовано для производства электроэнергии (солнечными электростанциями) или выполнения другой полезной работы. Путём фотосинтеза была в далёком прошлом получена и энергия, запасённая в нефти и других видах ископаемого топлива.

Ультрафиолетовое излучение Солнца имеет антисептические свойства, позволяющие использовать его для дезинфекции воды и различных предметов. Оно также вызывает загар и имеет другие биологические эффекты, например, стимулирует производство в организме витамина D. Воздействие ультрафиолетовой части солнечного спектра сильно ослабляется озоновым слоем в земной атмосфере, поэтому интенсивность ультрафиолетового излучения на поверхности Земли сильно меняется с широтой. Угол, под которым Солнце стоит над горизонтом в полдень, влияет на многие типы биологической адаптации, например, от него зависит цвет кожи человека в различных регионах земного шара.

Наблюдаемый с Земли путь Солнца по небесной сфере изменяется в течение года. Путь, описываемый в течение года той точкой, которую занимает Солнце на небе в определённое заданное время, называется аналеммой и имеет форму цифры 8, вытянутой вдоль оси север — юг. Самая заметная вариация в видимом положении Солнца на небе — его колебание вдоль направления север — юг с амплитудой 47° (вызванное наклоном плоскости эклиптики к плоскости небесного экватора, равным 23,5°). Существует также другая компонента этой вариации, направленная вдоль оси восток — запад и вызванная увеличением скорости орбитального движения Земли при её приближении к перигелию и уменьшением — при приближении к афелию. Первое из этих движений (север — юг) является причиной смены времён года.

Земля проходит через точку афелия в начале июля и удаляется от Солнца на расстояние 152 млн км, а через точку перигелия — в начале января и приближается к Солнцу на расстояние 147 млн км. Видимый диаметр Солнца между этими двумя датами меняется на 3 %. Поскольку разница в расстоянии составляет примерно 5 млн км, то в афелии Земля получает примерно на 7 % меньше тепла. Таким образом, зимы в северном полушарии немного теплее, чем в южном, а лето немного прохладнее.

Солнце — магнитоактивная звезда. Она обладает сильным магнитным полем, напряжённость которого меняется со временем, и которое меняет направление приблизительно каждые 11 лет, во время солнечного максимума. Вариации магнитного поля Солнца вызывают разнообразные эффекты, совокупность которых называется солнечной активностью и включает в себя такие явления, как солнечные пятна, солнечные вспышки, вариации солнечного ветра и т. д., а на Земле вызывает полярные сияния в высоких и средних широтах и геомагнитные бури, которые негативно сказываются на работе средств связи, средств передачи электроэнергии, а также негативно воздействует на живые организмы (вызывают головную боль и плохое самочувствие у людей, чувствительных к магнитным бурям). Предполагается, что солнечная активность играла большую роль в формировании и развитии Солнечной системы. Она также оказывает влияние на структуру земной атмосферы.

Жизненный цикл

Солнце является молодой звездой третьего поколения (популяции I) с высоким содержанием металлов, то есть оно образовалось из останков звёзд первого и второго поколений (соответственно популяций III и II).

Текущий возраст Солнца (точнее время его существования на главной последовательности), оценённый с помощью компьютерных моделей звёздной эволюции, равен приблизительно 4,57 млрд лет.

Solar-evolution

Считается, что Солнце сформировалось примерно 4,59 млрд лет назад, когда быстрое сжатие под действием сил гравитации облака молекулярного водорода привело к образованию в нашей области Галактики звезды первого типа звёздного населения типа T Тельца.

Звезда такой массы, как Солнце, должна существовать на главной последовательности в общей сложности примерно 10 млрд лет. Таким образом, сейчас Солнце находится примерно в середине своего жизненного цикла. На современном этапе в солнечном ядре идут термоядерные реакции превращения водорода в гелий. Каждую секунду в ядре Солнца около 4 млн тонн вещества превращается в лучистую энергию, в результате чего генерируется солнечное излучение и поток солнечных нейтрино.

По мере того, как Солнце постепенно расходует запасы своего водородного горючего, оно становится всё горячее, а его светимость медленно, но неуклонно увеличивается. К возрасту 5,6 млрд лет, через 1,1 млрд лет от настоящего времени, наше дневное светило будет ярче на 11 %, чем сейчас. Увеличение светимости Солнца в этот период таково, что поверхность Земли вследствие парникового эффекта, индуцированного парами воды, будет слишком горяча для того, чтобы на ней могла существовать жизнь в её современном понимании. Несмотря на это, жизнь может остаться в океанах и полярных областях. По мнению профессора Пенсильванского университета Дж. Кастинга, исчезновение жизни из-за повышения температуры, вызванным увеличением яркости Солнца, возможно ещё до стадии красного гиганта, через 1 миллиард лет. К этому моменту Солнце достигнет максимальной поверхностной температуры (5800 К) за всё своё время эволюции в прошлом и будущем вплоть до фазы белого карлика; на следующих стадиях температура фотосферы будет меньше.

К возрасту 8 млрд лет (через 3,5 млрд лет от настоящего времени) яркость Солнца возрастёт на 40 %. К тому времени условия на Земле будут подобны условиям на Венере сегодня: вода с поверхности планеты исчезнет полностью и улетучится в космос. Эта катастрофа приведёт к окончательному уничтожению всех форм жизни на Земле. По мере того как водородное топливо в солнечном ядре будет выгорать, его внешняя оболочка будет расширяться, а ядро — сжиматься и нагреваться.

Когда Солнце достигнет возраста 10,9 млрд лет (6,4 млрд лет от настоящего времени), водород в ядре кончится, а образовавшийся из него гелий, ещё неспособный в этих условиях к термоядерному горению, станет сжиматься и уплотняться ввиду прекращения ранее поддерживавшего его «на весу» потока энергии из центра. Горение водорода будет продолжаться в тонком внешнем слое ядра. На этой стадии радиус Солнца достигнет 1,59 R☉, а светимость будет в 2,21 раза больше современной. В течение следующих 0,7 млрд лет Солнце будет относительно быстро расширяться (до 2,3 R☉), сохраняя почти постоянную светимость, а его температура упадёт с 5500 K до 4900 K. В конце этой фазы, достигнув возраста 11,6 млрд лет (через 7 млрд лет от настоящего времени) Солнце станет субгигантом.

Приблизительно через 7,6–7,8 миллиардов лет, к возрасту 12,2 млрд лет ядро Солнца разогреется настолько, что запустит процесс горения водорода в окружающей его оболочке. Это повлечёт за собой бурное расширение внешних оболочек светила, и таким образом Солнце покинет главную последовательность, на которой оно находилось почти с момента своего рождения, и станет красным гигантом, перейдя на вершину ветви красных гигантов диаграммы Герцшпрунга — Рассела. В этой фазе радиус Солнца увеличится в 256 раз по сравнению с современным. Расширение звезды приведёт к сильному увеличению её светимости (в 2700 раз) и охлаждению поверхности до 2650 К. По-видимому, расширяющиеся внешние слои Солнца в это время достигнут современной орбиты Земли. При этом исследования показывают, что ещё до этого момента потеря Солнцем более 28 % его массы приведёт к тому, что Земля перейдёт на более далёкую от Солнца орбиту и, таким образом, избежит поглощения внешними слоями солнечной плазмы. Хотя исследования 2008 года показывают, что Земля скорее всего всё-таки будет поглощена Солнцем вследствие приливных взаимодействий с его внешней оболочкой. Даже если наша планета избежит поглощения Солнцем, вся вода на ней перейдёт в газообразное состояние, а её атмосфера будет сорвана сильнейшим солнечным ветром.

Данная фаза существования Солнца продлится лишь около десяти миллионов лет. Когда температура в ядре достигнет 100 млн К, произойдёт гелиевая вспышка, и начнётся термоядерная реакция синтеза углерода и кислорода из гелия. Солнце, получившее новый источник энергии, уменьшится в размере до 9,5 R☉. Спустя 100—110 млн лет, когда запасы гелия иссякнут, повторится бурное расширение внешних оболочек звезды, и она снова станет красным гигантом. Этот период существования Солнца будет сопровождаться мощными вспышками, временами его светимость будет превышать современный уровень в 5200 раз. Это будет происходить от того, что в термоядерную реакцию будут вступать ранее не затронутые остатки гелия. В таком состоянии Солнце просуществует около 20 млн лет.

Масса Солнца недостаточна для того, чтобы его эволюция завершилась взрывом сверхновой. После того как Солнце пройдёт фазу красного гиганта, термические пульсации приведут к тому, что его внешняя оболочка будет сорвана, и из неё образуется планетарная туманность. В центре этой туманности останется сформированный из ядра Солнца белый карлик, очень горячий и плотный объект, но размером только с Землю. Изначально этот белый карлик будет иметь температуру поверхности 120 000 К и светимость 3500 солнечных, но в течение многих миллионов и миллиардов лет будет остывать и угасать. Данный жизненный цикл считается типичным для звёзд малой и средней массы.

Структура

Внутреннее строение Солнца

Солнечное ядро

Центральная часть Солнца с радиусом примерно 150–175 тыс. км (то есть 20–25 % от радиуса Солнца), в которой идут термоядерные реакции, называется солнечным ядром. Плотность вещества в ядре составляет примерно 150 000 кг/м³ (в 150 раз выше плотности воды и в ~6,6 раз выше плотности самого плотного металла на Земле — осмия), а температура в центре ядра — более 14 млн К. Анализ данных, проведённый миссией SOHO, показал, что в ядре скорость вращения Солнца вокруг своей оси значительно выше, чем на поверхности. В ядре осуществляется протон-протонная термоядерная реакция, в результате которой из четырёх протонов образуется гелий-4. При этом каждую секунду в излучение превращаются 4,26 млн тонн вещества, однако эта величина ничтожна по сравнению с массой Солнца — 2·1027 тонн. Мощность, выделяемая различными зонами ядра, зависит от их расстояния до центра Солнца. В самом центре она достигает, согласно теоретическим оценкам, 276,5 Вт/м³. Таким образом, на объём человека (0,05 м³) приходится выделение тепла 285 Ккал/день (1192 кДж/день), что на порядок меньше удельного тепловыделения живого бодрствующего человека. Удельное же тепловыделение всего объёма Солнца ещё на два порядка меньше. Благодаря столь скромному удельному энерговыделению запасов «топлива» (водорода) хватает на несколько миллиардов лет поддержания термоядерной реакции.

Ядро — единственное место на Солнце, в котором энергия и тепло получается от термоядерной реакции, остальная часть звезды нагрета этой энергией. Вся энергия ядра последовательно проходит сквозь слои, вплоть до фотосферы, с которой излучается в виде солнечного света и кинетической энергии.

Зона лучистого переноса

Над ядром, на расстояниях примерно от 0,2–0,25 до 0,7 радиуса Солнца от его центра, находится зона лучистого переноса. В этой зоне перенос энергии происходит главным образом с помощью излучения и поглощения фотонов. При этом направление каждого конкретного фотона, излучённого слоем плазмы, никак не зависит от того, какие фотоны плазмой поглощались, поэтому он может как проникнуть в следующий слой плазмы в лучистой зоне, так и переместиться назад, в нижние слои. Из-за этого промежуток времени, за который многократно переизлучённый фотон (изначально возникший в ядре) достигает конвективной зоны, может измеряться миллионами лет. В среднем этот срок составляет для Солнца 170 тыс. лет.

Перепад температур в данной зоне составляет от 2 млн К на поверхности до 7 млн К в глубине. При этом в данной зоне отсутствуют макроскопические конвекционные движения, что говорит о том, что адиабатический градиент температуры в ней больше, чем градиент лучевого равновесия. Для сравнения, в красных карликах давление не может препятствовать перемешиванию вещества и зона конвекции начинается сразу от ядра. Плотность вещества в данной зоне колеблется от 0,2 (на поверхности) до 20 (в глубине) плотностей воды.

Конвективная зона Солнца

Ближе к поверхности Солнца температуры и плотности вещества уже недостаточно для полного переноса энергии путём переизлучения. Возникает вихревое перемешивание плазмы и перенос энергии к поверхности (фотосфере) совершается преимущественно движениями самого вещества. С одной стороны, вещество фотосферы, охлаждаясь на поверхности, погружается вглубь конвективной зоны. С другой стороны, вещество в нижней части получает излучение из зоны лучевого переноса и поднимается наверх, причём оба процесса идут со значительной скоростью. Такой способ передачи энергии называется конвекцией, а подповерхностный слой Солнца толщиной примерно 200 000 км, где она происходит, — конвективной зоной. По мере приближения к поверхности температура падает в среднем до 5800 К, а плотность газа до менее 1/1000 плотности земного воздуха.

По современным данным, роль конвективной зоны в физике солнечных процессов исключительно велика, так как именно в ней зарождаются разнообразные движения солнечного вещества. Термики в конвективной зоне вызывают на поверхности гранулы (которые по сути являются вершинами термиков) и супергрануляцию. Скорость потоков составляет в среднем 1–2 км/с, а максимальные её значения достигают 6 км/с. Время жизни гранулы составляет 10–15 минут, что сопоставимо по времени с периодом, за который газ может однократно обойти вокруг гранулы. Следовательно, термики в конвективной зоне находятся в условиях, резко отличных от условий, способствующих возникновению ячеек Бенара. Также движения в этой зоне вызывают эффект магнитного динамо и, соответственно, порождают магнитное поле, имеющее сложную структуру.

Атмосфера Солнца

Фотосфера

Фотосфера (слой, излучающий свет) образует видимую поверхность Солнца. Её толщина соответствует оптической толщине приблизительно в 2/3 единиц. В абсолютных величинах фотосфера достигает толщины, по разным оценкам, от 100 до 400 км. Из фотосферы исходит основная часть оптического (видимого) излучения Солнца, излучение же из более глубоких слоёв до нас уже не доходит. Температура по мере приближения к внешнему краю фотосферы уменьшается с 6600 К до 4400 К. Эффективная температура фотосферы в целом составляет 5778 К. Она может быть рассчитана по закону Стефана — Больцмана, согласно которому мощность излучения абсолютно чёрного тела прямо пропорциональна четвёртой степени температуры тела. Водород при таких условиях сохраняется почти полностью в нейтральном состоянии. Фотосфера образует видимую поверхность Солнца, по которой определяются размеры Солнца, расстояние от Солнца и т. д. Так как газ в фотосфере является относительно разреженным, то скорость его вращения много меньше скорости вращения твёрдых тел. При этом газ в экваториальной и полярных областях, движется неравномерно — на экваторе он делает оборот за 24 дня, на полюсах — за 30 дней.

Хромосфера

Хромосфера (от др.-греч. χρομα — цвет, σφαίρα — шар, сфера) — внешняя оболочка Солнца толщиной около 2000 км, окружающая фотосферу. Происхождение названия этой части солнечной атмосферы связано с её красноватым цветом, вызванным тем, что в видимом спектре хромосферы доминирует красная H-альфа линия излучения водорода из серии Бальмера. Верхняя граница хромосферы не имеет выраженной гладкой поверхности, из неё постоянно происходят горячие выбросы, называемые спикулами. Число спикул, наблюдаемых одновременно, составляет в среднем 60–70 тыс. Из-за этого в конце XIX века итальянский астроном Секки, наблюдая хромосферу в телескоп, сравнил её с горящими прериями. Температура хромосферы увеличивается с высотой от 4000 до 20 000 К (область температур больше 10 000 К относительно невелика).

Плотность хромосферы невелика, поэтому яркость недостаточна для наблюдения в обычных условиях. Но при полном солнечном затмении, когда Луна закрывает яркую фотосферу, расположенная над ней хромосфера становится видимой и светится красным цветом. Её можно также наблюдать в любое время с помощью специальных узкополосных оптических фильтров. Кроме уже упомянутой линии H-альфа с длиной волны 656,3 нм, фильтр также может быть настроен на линии Ca II K (393,4 нм) и Ca II H (396,8 нм). Основные хромосферные структуры, которые видны в этих линиях: хромосферная сетка, покрывающая всю поверхность Солнца и состоящая из линий, окружающих ячейки супергрануляции размером до 30 тыс. км в поперечнике;

флоккулы — светлые облакоподобные образования, чаще всего приуроченные к районам с сильными магнитными полями — активным областям, часто окружают солнечные пятна;

волокна и волоконца (фибриллы) — тёмные линии различной ширины и протяжённости, как и флоккулы, часто встречаются в активных областях.

Корона

Корона — последняя внешняя оболочка Солнца. Корона в основном состоит из протуберанцев и энергетических извержений, исходящих и извергающихся на несколько сотен тысяч и даже более миллиона километров в пространство, образуя солнечный ветер. Средняя корональная температура составляет от 1 до 2 млн К, а максимальная, в отдельных участках, — от 8 до 20 млн К. Несмотря на такую высокую температуру, она видна невооружённым глазом только во время полного солнечного затмения, так как плотность вещества в короне мала, а потому невелика и её яркость. Необычайно интенсивный нагрев этого слоя вызван, по-видимому, эффектом магнитного пересоединения и воздействием ударных волн. Форма короны меняется в зависимости от фазы цикла солнечной активности: в периоды максимальной активности она имеет округлую форму, а в минимуме — вытянута вдоль солнечного экватора. Поскольку температура короны очень велика, она интенсивно излучает в ультрафиолетовом и рентгеновском диапазонах. Эти излучения не проходят сквозь земную атмосферу, но в последнее время появилась возможность изучать их с помощью космических аппаратов. Излучение в разных областях короны происходит неравномерно. Существуют горячие активные и спокойные области, а также корональные дыры с относительно невысокой температурой в 600 000 К, из которых в пространство выходят магнитные силовые линии. Такая («открытая») магнитная конфигурация позволяет частицам беспрепятственно покидать Солнце, поэтому солнечный ветер испускается в основном из корональных дыр.

Видимый спектр солнечной короны состоит из трёх различных составляющих, названных L, K и F компонентами (или, соответственно, L-корона, K-корона и F-корона; ещё одно название L-компоненты — E-корона. K-компонента — непрерывный спектр короны. На его фоне до высоты 9–10′ от видимого края Солнца видна эмиссионная L-компонента. Начиная с высоты около 3′ (угловой диаметр Солнца — около 30′) и выше виден фраунгоферов спектр, такой же как и спектр фотосферы. Он составляет F-компоненту солнечной короны. На высоте 20′ F-компонента доминирует в спектре короны. Высота 9–10′ принимается за границу, отделяющую внутреннюю корону от внешней. Излучение Солнца с длиной волны менее 20 нм, полностью исходит из короны. Это означает, что, например, на распространённых снимках Солнца на длинах волн 17,1 нм (171 Å), 19,3 нм (193 Å), 19,5 нм (195 Å), видна исключительно солнечная корона с её элементами, а хромосфера и фотосфера — не видны. Две корональные дыры, почти всегда существующие у северного и южного полюсов Солнца, а также другие, временно появляющиеся на его видимой поверхности, практически совсем не испускают рентгеновское излучение.

Солнечный ветер

Из внешней части солнечной короны истекает солнечный ветер — поток ионизированных частиц (в основном протонов, электронов и α-частиц), распространяющийся с постепенным уменьшением своей плотности, до границ гелиосферы. Солнечный ветер разделяют на два компонента — медленный солнечный ветер и быстрый солнечный ветер. Медленный солнечный ветер имеет скорость около 400 км/с, температуру 1,4–1,6·106 К и по составу близко соответствует короне. Быстрый солнечный ветер имеет скорость около 750 км/с, температуру 8·105 К и по составу похож на вещество фотосферы. Медленный солнечный ветер вдвое более плотный и менее постоянный, чем быстрый. Медленный солнечный ветер имеет более сложную структуру с регионами турбулентности.

В среднем Солнце излучает с ветром около 1,3·1036 частиц в секунду. Следовательно, полная потеря массы Солнцем (на данный вид излучения) составляет за год 2–3·10−14 солнечных масс. Потеря за 150 млн лет эквивалентна земной массе. Многие природные явления на Земле связаны с возмущениями в солнечном ветре, в том числе геомагнитные бури и полярные сияния.

Первые прямые измерения характеристик солнечного ветра были проведены в январе 1959 года советской станцией «Луна-1». Наблюдения проводились с помощью сцинтилляционного счётчика и газового ионизационного детектора. Три года спустя такие же измерения были проведены американскими учёными с помощью станции «Маринер-2». В конце 1990-х с помощью Ультрафиолетового коронального спектрометра (англ. Ultraviolet Coronal Spectrometer (UVCS)) на борту спутника SOHO были проведены наблюдения областей возникновения быстрого солнечного ветра на солнечных полюсах.

Магнитные поля Солнца

Происхождение и виды солнечных магнитных полей

Так как солнечная плазма имеет достаточно высокую электропроводность, в ней могут возникать электрические токи и, как следствие, магнитные поля. Непосредственно наблюдаемые в солнечной фотосфере магнитные поля принято разделять на два типа, в соответствии с их масштабом.

Крупномасштабное (общее или глобальное) магнитное поле с характерными размерами, сравнимыми с размерами Солнца, имеет среднюю напряжённость на уровне фотосферы порядка нескольких гаусс. В минимуме цикла солнечной активности оно имеет приблизительно дипольную структуру, при этом напряжённость поля на полюсах Солнца максимальна. Затем, по мере приближения к максимуму цикла солнечной активности, напряжённости поля на полюсах постепенно уменьшаются и через один-два года после максимума цикла становятся равными нулю (так называемая «переполюсовка солнечного магнитного поля»). На этой фазе общее магнитное поле Солнца не исчезает полностью, но его структура носит не дипольный, а квадрупольный характер. После этого напряжённость солнечного диполя снова возрастает, но при этом он имеет уже другую полярность. Таким образом, полный цикл изменения общего магнитного поля Солнца, с учётом перемены знака, равен удвоенной продолжительности 11-летнего цикла солнечной активности — примерно 22 года («закон Хейла»).

Средне- и мелкомасштабные (локальные) поля Солнца отличаются значительно бо́льшими напряжённостями полей и меньшей регулярностью. Самые мощные магнитные поля (до нескольких тысяч гаусс) наблюдаются в группах солнечных пятен в максимуме солнечного цикла. При этом типична ситуация, когда магнитное поле пятен в западной («головной») части данной группы, в том числе самого крупного пятна (т. н. «лидера группы») совпадает с полярностью общего магнитного поля на соответствующем полюсе Солнца («p-полярностью»), а в восточной («хвостовой») части — противоположна ему («f-полярность»). Таким образом, магнитные поля пятен имеют, как правило, биполярную или мультиполярную структуру. В фотосфере также наблюдаются униполярные области магнитного поля, которые, в отличие от групп солнечных пятен, располагаются ближе к полюсам и имеют значительно меньшую напряжённость магнитного поля (несколько гаусс), но большую площадь и продолжительность жизни (до нескольких оборотов Солнца).

Согласно современным представлениям, разделяемым большей частью исследователей, магнитное поле Солнца генерируется в нижней части конвективной зоны с помощью механизма гидромагнитного конвективного динамо, а затем всплывает в фотосферу под воздействием магнитной плавучести. Этим же механизмом объясняется 22-летняя цикличность солнечного магнитного поля.

Существуют также некоторые указания на наличие первичного (то есть возникшего вместе с Солнцем) или, по крайней мере, очень долгоживущего магнитного поля ниже дна конвективной зоны — в лучистой зоне и ядре Солнца.

Солнечная активность и солнечный цикл

Комплекс явлений, вызванных генерацией сильных магнитных полей на Солнце, называют солнечной активностью. Эти поля проявляются в фотосфере как солнечные пятна и вызывают такие явления, как солнечные вспышки, генерацию потоков ускоренных частиц, изменения в уровнях электромагнитного излучения Солнца в различных диапазонах, корональные выбросы массы, возмущения солнечного ветра, вариации потоков галактических космических лучей (Форбуш-эффект) и т. д.

С солнечной активностью связаны также вариации геомагнитной активности (в том числе и магнитные бури), которые являются следствием достигающих Земли возмущений межпланетной среды, вызванных, в свою очередь, активными явлениями на Солнце.

Одним из наиболее распространённых показателей уровня солнечной активности является число Вольфа, связанное с количеством солнечных пятен на видимой полусфере Солнца. Общий уровень солнечной активности меняется с характерным периодом, примерно равным 11 годам (так называемый «цикл солнечной активности» или «одиннадцатилетний цикл»). Этот период выдерживается неточно и в XX веке был ближе к 10 годам, а за последние 300 лет варьировался примерно от 7 до 17 лет. Циклам солнечной активности принято приписывать последовательные номера, начиная от условно выбранного первого цикла, максимум которого был в 1761 году. В 2000 году наблюдался максимум 23-го цикла солнечной активности.

Существуют также вариации солнечной активности большей длительности. Так, во второй половине XVII века солнечная активность и, в частности, её одиннадцатилетний цикл были сильно ослаблены (минимум Маундера). В эту же эпоху в Европе отмечалось снижение среднегодовых температур (т. н. Малый ледниковый период), что, возможно, вызвано воздействием солнечной активности на климат Земли. Существует также точка зрения, что глобальное потепление до некоторой степени вызвано повышением глобального уровня солнечной активности во второй половине XX века. Тем не менее, механизмы такого воздействия пока ещё недостаточно ясны.

Самая большая группа солнечных пятен за всю историю наблюдений возникла в апреле 1947 года в южном полушарии Солнца. Её максимальная длина составляла 300 000 км, максимальная ширина — 145 000 км, а максимальная площадь превышала 6000 миллионных долей площади полусферы (мдп) Солнца, что примерно в 36 раз больше площади поверхности Земли. Группа была легко видна невооружённым глазом в предзакатные часы. Согласно каталогу Пулковской обсерватории, эта группа (№ 87 за 1947 год) проходила по видимой с Земли полусфере Солнца с 31 марта по 14 апреля 1947 года, максимальная её площадь составила 6761 мдп, а максимальная площадь наибольшего пятна в группе — 5055 мдп; количество пятен в группе достигало 172.

Солнце как переменная звезда

Так как магнитная активность Солнца подвержена периодическим изменениям, а вместе с этим изменяется и его светимость, его можно рассматривать как переменную звезду. В годы максимума активности Солнце ярче, чем в годы минимума. Амплитуда изменений солнечной постоянной достигает 0,1 % (в абсолютных значениях это 1 Вт/м², тогда как среднее значение солнечной постоянной — 1361,5 Вт/м²).

Также некоторые исследователи относят Солнце к классу низкоактивных переменных звёзд типа BY Дракона. Поверхность таких звёзд покрыта пятнами (до 30 % от общей площади), и за счёт вращения звёзд наблюдаются изменения их блеска. У Солнца такая переменность очень слабая.

Теоретические проблемы

Проблема солнечных нейтрино

Ядерные реакции, происходящие в ядре Солнца, приводят к образованию большого количества электронных нейтрино. При этом измерения потока нейтрино на Земле, которые постоянно производятся с конца 1960-х годов, показали, что количество регистрируемых солнечных электронных нейтрино приблизительно в два-три раза меньше, чем предсказывает стандартная солнечная модель, описывающая процессы в Солнце. Это рассогласование между экспериментом и теорией получило название «проблема солнечных нейтрино» и более 30 лет было одной из загадок солнечной физики. Положение осложняется тем, что нейтрино крайне слабо взаимодействует с веществом, и создание нейтринного детектора, который способен достаточно точно измерить поток нейтрино даже такой мощности, как исходящий от Солнца — технически сложная и дорогостоящая задача.

Предлагалось два главных пути решения проблемы солнечных нейтрино. Во-первых, можно было модифицировать модель Солнца таким образом, чтобы уменьшить предполагаемую термоядерную активность (а, значит, и температуру) в его ядре и, следовательно, поток излучаемых Солнцем нейтрино. Во-вторых, можно было предположить, что часть электронных нейтрино, излучаемых ядром Солнца, при движении к Земле превращается в нерегистрируемые обычными детекторами нейтрино других поколений (мюонные и тау-нейтрино). Сегодня понятно, что правильным, скорее всего, является второй путь.

Для того, чтобы имел место переход одного сорта нейтрино в другой — то есть происходили так называемые нейтринные осцилляции — нейтрино должно иметь отличную от нуля массу. В настоящее время установлено, что это действительно так. В 2001 году в нейтринной обсерватории в Садбери были непосредственно зарегистрированы солнечные нейтрино всех трёх сортов, и было показано, что их полный поток согласуется со стандартной солнечной моделью. При этом только около трети долетающих до Земли нейтрино оказывается электронными. Это количество согласуется с теорией, которая предсказывает переход электронных нейтрино в нейтрино другого поколения как в вакууме (собственно «нейтринные осцилляции»), так и в солнечном веществе («эффект Михеева — Смирнова — Вольфенштейна»). Таким образом, в настоящее время проблема солнечных нейтрино, по-видимому, решена.

Проблема нагрева короны

Над видимой поверхностью Солнца (фотосферой), имеющей температуру около 6000 К, находится солнечная корона с температурой более 1 000 000 К. Можно показать, что прямого потока тепла из фотосферы недостаточно для того, чтобы привести к такой высокой температуре короны.

Предполагается, что энергия для нагрева короны поставляется турбулентными движениями подфотосферной конвективной зоны. При этом для переноса энергии в корону предложено два механизма. Во-первых, это волновое нагревание — звук и магнитогидродинамические волны, генерируемые в турбулентной конвективной зоне, распространяются в корону и там рассеиваются, при этом их энергия переходит в тепловую энергию корональной плазмы. Альтернативный механизм — магнитное нагревание, при котором магнитная энергия, непрерывно генерируемая фотосферными движениями, высвобождается путём пересоединения магнитного поля в форме больших солнечных вспышек или же большого количества мелких вспышек.

В настоящий момент неясно, какой тип волн обеспечивает эффективный механизм нагрева короны. Можно показать, что все волны, кроме магнитогидродинамических альфвеновских, рассеиваются или отражаются до того, как достигнут короны, диссипация же альфвеновских волн в короне затруднена. Поэтому современные исследователи сконцентрировали основное внимание на механизм нагревания с помощью солнечных вспышек. Один из возможных кандидатов в источники нагрева короны — непрерывно происходящие мелкомасштабные вспышки, хотя окончательная ясность в этом вопросе ещё не достигнута.

Источник: aboutspacejornal.net


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.