© Владимир Каланов
Знания-сила

Общие све́дения о Солнце

Солнце

Солнце — центральная звезда, доминирующая в Солнечной системе. И хотя она имеет огромное значение для нашей планетарной системы, во вселенском масштабе у этого светила средние физические характеристики, сравнимые со звездой-карликом. Солнце — это огромный шар из плазмы (то есть ионизированного газа), состоящий в основном из водорода и гелия. Структура Солнца, известная как по наблюдениям, так и в результате построения теоретических моделей, слоистая. В центре находится ядро, в котором происходят цепные термоядерные реакции. Вокруг ядра расположены зоны циркулярной конвекции и радиационного переноса. Самая внешняя зона — это фотосфера, хромосфера и корона.

Расстояние от Земли до Солнца составляет почти 150 млн. километров. Легко написать это число, но представить себе такое большое расстояние трудно. Быстрее всего в природе распространяется свет. Он идет со скоростью 300 тыс. км/сек. В течение одной секунды свет может почти восемь раз обойти вокруг Земли. При такой громадной скорости свету всё же требуется больше восьми минут, чтобы дойти к нам от Солнца. На небе мы наблюдаем Солнце в виде диска сравнительно небольшого размера. Зная же расстояние от нас до Солнца и угол, под которым виден диск Солнца, можно вычислить действительный его диаметр. Солнечный диаметр оказывается в 109 раз больше диаметра земного шара. Чтобы составить шар, равный по объему Солнцу, нужно взять 1301000 таких шаров, как наша Земля. Представьте себе большой арбуз и зёрнышко пшена́ - это и даст вам понятие о сравнительных размерах Солнца и нашей планеты. Изучая движение планет под действием притяжения Солнца, астрономы определили массу Солнца. Она оказалась почти в 333400 раз больше массы Земли. Сопоставьте это число с числом 1301000, которое представляет объём Солнца в сравнении с объёмом земного шара. Это показывает, что Солнце состоит из вещества, почти в 4 раза менее плотного, чем Земля. Средняя плотность Земли по отношению к воде 5,5, а Солнца - 1,4, и тем не менее масса Солнца чрезвычайно велика́. Если даже взять все планеты вместе с их спутниками, то окажется, что общая их масса почти в 750 раз меньше массы одного Солнца. От Солнца мы получаем очень много тепла и света. А зная, на каком громадном расстоянии оно находится от нас, можно заключить, каким же горячим оно должно быть. В самом деле, чем выше температура тела, чем оно сильнее накалено́, тем оно ярче. Солнце ярче электрической дуги, которую впервые открыл и описал русский физик В.В. Петров. А ведь температура электрической дуги доходит до 3500°, и все вещества при такой температуре не только плавятся, но и обращаются в пар (газ). Температура Солнца ещё выше. Учёным удалось определить, что температура на поверхности Солнца достигает 6000°. Вследствие такой высокой температуры Солнце не может быть ни в твёрдом, ни в жидком состоянии. Солнце - это колоссальный шар, состоящий из раскалённых газов, в центре которого температура достигает 20 млн. градусов. Раскалённые солнечные газы находятся в постоянном движении.

Солнце как звезда

Солнце - обычная звезда класса G2, одна из более чем 100 миллиардов звёзд нашей Галактики. Солнце - самый большой объект Солнечной системы, содержащий 99,8% массы всей Солнечной системы (бо́льшая часть остальной массы приходится на Юпитер). На сегодняшний день 75 % массы Солнца составляет водород и 25% - гелий (по числу атомов - 92,1% водорода и 7,8% гелия), остальные элементы составляют только 0,1%. Это соотношение медленно изменяется благодаря тому, что в ядре происходит превращение водорода в гелий. Внешние слои Солнца циклически сдвигаются: в районе экватора они совершают оборот за 25,4 дня; вблизи полюса - за 36 дней. Это неравномерное вращение обусловлено тем, что Солнце не является твёрдым телом, подобно Земле. Подобные эффекты замечены и у газовых планет. Дифференциальное вращение простирается глубоко во внутренние слои Солнца, но ядро вращается как твёрдое тело. Условия в ядре Солнца (приблизительно 25% радиуса) критические: температура составляет 15,6 миллионов Кельвинов, давление - 250 миллиардов атмосфер. Газ ядра спрессован до плотности, в 150 раз превышающей плотность воды. Испускаемая Солнцем энергия в 3,86*10³³ эрг/сек, или 386 миллиард миллиардов мегаватт, производится текущими в нём реакциями ядерного синтеза. Каждую секунду приблизительно 700 миллионов тонн водорода превращается в 695 миллионов тонн гелия и 5 миллионов тонн (= 3,86*10³³ эрг) энергии в форме гамма лучей. Поскольку эта энергия распространяется от ядра к поверхности, она непрерывно поглощается и заново испускается при всё более и более низких температурах, так что к тому времени, когда она достигает поверхности, то испускается прежде всего как видимый свет. Последние 20% пути к поверхности энергия переносится больше конвекцией, чем излучением. Температура поверхности Солнца, называемой фотосферой, составляет примерно 5800 Кельвинов. Солнечные пятна - "холодные" области с температурой 3800 Кельвинов. Они выглядят темными только потому, что их окружают области с гораздо более высокой температурой. Солнечные пятна могут быть очень большими - более чем 50000 км в диаметре. Они обусловлены сложными и пока не очень хорошо понятыми взаимодействиями Солнечного магнитного поля. Над фотосферой находится небольшая область, называемая хро́мосферой. Сильно разреженная область выше хромосферы, называемая короной, простирается на миллионы километров в космос, и видима только во время затмений. Температура короны более чем 1 000 000 Кельвинов. Магнитное поле Солнца очень мощное (по земным стандартам) и очень сложное. Это магнитосфера, или гелиосфера, простирающаяся за орбиту Плутона. Кроме тепла и света, Солнце испускает также поток заря́женных частиц (обычно электронов и протонов), известный как солнечный ветер, который распространяется через Солнечную систему со скоростью приблизительно 450 км/сек. Солнечный ветер и другие частицы, с намного более высокими энергиями, излучаемые солнечными вспышками, могут вызывать различные эффекты на Земле от колебаний в линиях электропередач и радиопомех до северного полярного сияния.

Недавние данные, полученные с помощью космического корабля Ulysses, показывают, что потоки солнечного ветра, испускаемые полярными областями, достигают скорости 750-ти километров в секунду, почти в два раза превышающие скорости потоков, испускаемых областями более низких широт. Состав солнечного ветра от разных областей также различается (Он состоит из протонов, электронов, альфа-частиц, ионов кислорода, кремния, серы, желе́за и некоторых других элементов.)

Мониторинг Солнца в реальном времени космической обсерваторией SOHO.

Солнечная активность непостоянна. Существовал период очень низкой активности Солнечных пятен во второй половине семнадцатого века, который совпал по времени с аномально холодным периодом в северной Европе, иногда называемым малым ледниковым периодом. Со времени формирования Солнечной системы излучение Солнца увеличилось примерно на 40%. Возраст Солнца - приблизительно 4,5 миллиарда лет. Процессы, происходящие в нём начиная с рождения, исчерпа́ли приблизительно половину водорода, содержавшегося в ядре. Оно продолжит излучать "мирно" ещё около 5-7-ми миллиардов лет. Но в конечном счете водородное топливо будет исчерпано.

На нашем сайте вы можете посмотреть реальные снимки Солнца на разных длинах волн за текущую дату, предоставляемые космической обсерваторией SOHO.