Солнце

20.01.2021, 08:34

10 А, Б, В класс [Астрономия]

Учитель: 

Теоретическая часть

Солнце является основным источником энергии для Земли и всей Солнечной системы. Без него жизнь на нашей планете была бы невозможна. Неслучайно у многих древнейших цивилизаций (например, у египтян) именно бог Солнца считался верховным божеством, которому все остальные Боги были подчинены. Однако современная наука может рассказать о нашем светиле значительно больше, чем древнеегипетские мифы. Какие процессы протекают внутри Солнца, какова история этой звезды, и какое будущее ожидает ее через миллиарды лет?

Общая характеристика

Солнце – это огромный разогретый шар из газа, чей диаметр оценивается в 1,392 млн км. Это в 109 раз больше диаметра нашей планеты. На звезду приходится 99,87% всей массы Солнечной системы.

С Земли кажется, что светило имеет желтый цвет, однако это иллюзия, связанная с влиянием атмосферы нашей планеты на солнечный свет. На самом деле Солнце излучает почти белый свет.

По астрономической классификации Солнце относится к типу «желтых карликов». Это значит, что оно не так и велико по сравнению с размерами других звезд, но довольно ярко светит. Наше светило входит 15% самых ярких звезд Млечного Пути. Вместе с тем в галактике есть звезды, чей радиус превышает солнечный в 2000 раз!

Источником тепла, излучаемого звездой, являются термоядерные реакции. В центре Солнца атомы водорода сливаются друг с другом, в результате чего образуется атом гелия и некоторое количество энергии. Это реакция называется протон-протонным циклом, на него приходится порядка 98% энергии, вырабатываемой светилом. Однако имеют место и иные реакции, в ходе которых «сгорают» такие элементы, как гелий, углерод, кислород, неон и кремний, а образуются металлы (железо, магний, кальций, никель) и другие элементы (сера). Все эти процессы называют звездным нуклеосинтезом.

Солнце вращается вокруг своей оси. Так как оно состоит из газов, то разные его слои вращаются с разной угловой скоростью. Если в районе экватора период обращения составляет 25 дней, то на полюсах он увеличивается до 34 дней. Более того, последние исследования показывают, что внутренние области совершают оборот значительно быстрее, чем внешняя оболочка.

Характеристики Солнца

Солнце обладает следующими параметрами:

  • Возраст –4,57 миллиарда лет;
  • Расстояние до Земли: 149 600 000 км
  • Масса: 332 982 масс Земли (1,9891·10³⁰ кг);
  • Средняя плотность – 1,41 г/см³ (она увеличивается в 100 раз от периферии к центру);
  • Орбитальная скорость Солнца равна 217 км/с;
  • Скорость вращения: 1,997 км/с
  • Радиус: 695-696 тыс. км;
  • Температура: от 5 778 К на поверхности до 15 700 000 К в ядре;
  • Температура короны: ~1 500 000 К;
  • Солнце стабильно в своей яркости, оно находится в 15% самых ярких звёзд нашей Галактики. Излучает меньше ультрафиолетовых лучей, но обладает большей массой по сравнению с аналогичными звёздами.

Строение Солнца

В самом центре тела нашей звезды расположено ядро. Оно занимает четверть радиуса Солнца. Именно тут «бушуют» термоядерные реакции, порождая видимое нам излучение. Вследствие огромных размеров, плотность вещества внутри светила огромна – в 150 раз больше плотности воды.

Далее находится зона лучистого переноса, по которой хаотично движутся фотоны. Удивительно, что в среднем достигают они следующего слоя за 170 тысяч лет.

Конвективная зона – внешняя область Солнца, где движение плазмы происходит за счёт явления конвекции (тёплое устремляется наверх и остывает, холодное идёт вниз для нагревания). Между этими двумя областями располагается тонкий слой под названием «тахоклин» – область возникновения магнитного поля.

Солнечная атмосфера трёхслойная: хромосфера, переходная часть, корона. Видимая глазу поверхность глубиной несколько сотен километров, носит название – фотосфера.

Поверхность

Температура фотосферы колеблется в пределах: от 8000 К на глубине 300 км до 4000 К в самых верхних слоях. Красный цвет хромосферы можно различить только во время полного солнечного затмения.

Солнечные пятна, факелы и гранулы

Солнечная поверхность по уровню свечения неоднородна и имеет менее яркие области, называемые солнечными пятнами. Продолжительность существования, которых варьируется от нескольких дней до нескольких недель. Необходимо отметить, что есть пятна, превышающие диаметр Земли.

Интересный факт: солнечные пятна являются областями сверхмощных вспышек, максимально сильно воздействующими на нашу планету.

Кроме того, на поверхности Солнца расположены:

  • Факелы – участки повышенной яркости, – «родные братья» солнечных пятен, часто предшествующие или последующие их возникновению;
  • Гранулы, размером примерно в тысячу километров, покрывающие собой всю фотосферу и различимые обычным глазом;
  • Супергранулы, габаритами в 35 000 км, тоже целиком обволакивающие всю поверхность светила. Но проявляют они себя лишь с помощью физических эффектов.

Магнитное поле Солнца

У Солнца есть магнитное поле. Исследователи выделяют глобальное поле звезды и множество локальных полей.

Глобальное поле обладает цикличностью. Его напряженность колеблется с частотой 11 лет, при этом наблюдаются изменения в частоте появления солнечных пятен. Такой цикл называют «циклом Швабе» по фамилии ученого, заметившего ещё в XIX веке, что количество солнечных пятен на поверхности светила меняется циклически. Лишь позже стала очевидна связь этого явления с процессами в зоне конвективного переноса и колебаниями магнитного поля. В начале XX века стало ясно, что за один цикл Швабе полярность магнитного поля меняется на противоположное. То есть Солнцу нужна два 11-летних цикла, чтобы магнитное поле вернулось к начальному состоянию. В связи с этим выделяют 22-летний цикл, известный как «цикл Хейла».

В разных районах Солнца могут наблюдаться и малые, то есть локальные магнитные поля. Их напряженность может в тысячи раз превышать напряженность глобального поля, однако время их существования редко превышает несколько десятков дней. Особенно часто локальные поля наблюдаются в районе солнечных пятен. Дело в том, что эти пятна как раз и являются теми точками, через которые магнитные поля из внутренних областей выходят наружу.

Жизненный цикл Солнца

Ученые убeждeны, чтo Coлнцe пoявилocь 4.57 млpд. лeт нaзaд из-зa кpушeния чacти мoлeкуляpнoгo oблaкa, пpeдcтaвлeннoгo вoдopoдoм и гeлиeм. Пpи этoм oнo зaпуcтилo вpaщeниe (из-зa углoвoгo мoмeнтa) и нaчaлo нaгpeвaтьcя c pocтoм дaвлeния.

Бoльшaя чacть мaccы cкoнцeнтpиpoвaлacь в цeнтpe, a ocтaльнoe пpeвpaтилocь в диcк, кoтopый пoзжe cфopмиpуeт извecтныe нaм плaнeты. Гpaвитaция и дaвлeниe пpивeли к pocту тeплa и ядepнoму cинтeзу. Пpoизoшeл взpыв и пoявилocь Coлнцe. Ha pиcункe мoжнo пpocлeдить этaпы эвoлюции звeзд.

Ceйчac звeздa пpeбывaeт в фaзe глaвнoй пocлeдoвaтeльнocти. Bнутpи ядpa тpaнcфopмиpуeтcя бoльшe 4 млн. тoн вeщecтвa в энepгию. Teмпepaтуpa пocтoяннo pacтeт. Aнaлиз пoкaзывaeт, чтo зa пocлeдниe 4.5 млpд. лeт Coлнцe cтaлo яpчe нa З0% c увeличeниeм в 1% нa кaждыe 100 млн. лeт.

Пoлaгaют, чтo в итoгe oнo нaчнeт pacшиpятьcя и пpeвpaтитcя в кpacнoгo гигaнтa. Из-зa увeличeния paзмepa пoгибнeт Mepкуpий, Beнepa и, вoзмoжнo, Зeмля. B фaзe гигaнтa пpoбудeт пpимepнo 120 млн. лeт.

Пoтoм нaчнeтcя пpoцecc умeньшeния paзмepa и тeмпepaтуpы. Oнo пpoдoлжит cжигaть ocтaтки гeлия в ядpe, пoкa нe зaкoнчaтcя зaпacы. Чepeз 20 млн. лeт oнo пoтepяeт cтaбильнocть. Зeмля уничтoжитcя или жe pacкaлитcя. Чepeз 500000 лeт ocтaнeтcя лишь пoлoвинa coлнeчнoй мaccы, a внeшняя oбoлoчкa coздacт тумaннocть. B итoгe, мы пoлучим бeлый кapлик, кoтopый пpoживeт тpиллиoны лeт и лишь пoтoм cтaнeт чepным.

 

Выполнить задание:

Выполнить конспект по данному материалу