Солнце: звезда, рожденная звездой
Около 5 млрд лет назад в недрах туманности, возникшей на месте более раннего взрыва гигантской сверхновой звезды, вспыхнула крохотная по космическим меркам желтоватая звездочка - наше Солнце. С тех пор в Солнечной системе в буквальном смысле слова все вращается вокруг него.
Солнечное излучение поддерживает жизнь на Земле, определяет ее климат, является источником практически всех видов энергии, которыми пользуется человеческая цивилизация.
Несмотря на то что наша звезда относится по астрономической классификации к «желтым карликам», она светит белым светом, так как температура солнечной поверхности около 6 тыс. градусов.
Сила свечения Солнца и огромное количество энергии, которое оно выделяет в окружающее пространство в виде света, рентгеновского и гамма-излучения, заставляет задуматься о том, что же происходит в недрах этого гигантского газового шара, на 72 % состоящего из водорода и на 25 % из гелия.
Диаметр Солнца в 109 раз превосходит диаметр Земли, а его масса больше земной в 330 тыс. раз - именно это и делает нашу звезду «гравитационным повелителем» всех космических тел, оказавшихся в сфере ее влияния.
Из чего состоит Солнце?
Солнце — это звезда, состоящая из раскаленных газов, которые содержат такие химические элементы, как водород, гелий, кальций, натрий, магний и железо.
Температура Солнца так велика, что оно раскалено добела и испускает и световые, и тепловые лучи.
Солнце очень большое; если бы оно было величиной с баскетбольный мяч, то Земля была бы размером с булавочную головку.
Взгляд на светило
Даже для невооруженного глаза Солнце выглядит диском, но для того чтобы разобраться в особенностях его внешнего строения, необходимо использовать солнечный телескоп. Эти устройства заметно отличаются от обычных рефракторов и рефлекторов.
Главная деталь солнечных телескопов - два плоских зеркала, одно из которых с большой точностью поворачивается вслед за движением Солнца по дневному небу, ловя его изображение, а второе передает изображение туда, где установлены приборы, анализирующие его.
Сам телескоп закрепляют неподвижно на прочной основе. Такая система не годится для звезд и планет, светящих отраженным светом,- при двойном отражении теряется часть излучения. Однако Солнце излучает столько света, что эти потери не имеют никакого значения.
С первого же взгляда на увеличенное изображение солнечного диска становится ясно, что Солнце имеет неравномерную яркость. К краям диск звезды заметно «темнее», чем в центре. Это связано с тем, что в недрах Солнца температура намного выше, чем на поверхности.
В центре диска мы как бы заглядываем в недра звезды сквозь более холодный поверхностный слой, а ближе к краям, так как Солнце все-таки имеет форму шара, нашему взгляду приходится преодолевать куда более толстые слои «остывающего» вещества. Вот глаз и воспринимает их как более темные.
При еще большем увеличении поверхность Солнца кажется зернистой. Она усеяна многочисленными гранулами, которые существуют очень короткое время, сменяясь новыми.
Эти гранулы - гигантские массы раскаленных газов, поднимающиеся из недр солнца к его видимой поверхности, которую называют фотосферой - светоносной сферой. Именно оттуда исходит большая часть светового излучения.
На диске звезды время от времени возникают области, которые по сравнению с другими кажутся совсем темными. Это солнечные пятна - зоны, где температура горячих газов «падает» до 4,5 тыс. градусов.
Солнечные пятна,- а некоторые из них порой достигают размеров нашей Земли и более,- это места выхода силовых линий магнитного поля звезды на ее поверхность. Магнитное поле замедляет подъем горячего вещества из недр светила. Пятна неторопливо перемещаются по солнечному диску - признак того, что наша звезда вращается.
Но Солнце не твердое тело, а газовый шар, поэтому и характер вращения у него совсем не такой, как у Земли: экваториальные области нашей звезды совершают один оборот за 25 земных дней, а полярные - за 34 дня.
Какова температура на Солнце?
Солнце чрезвычайно горячее. Температура поверхности Солнца (или его внешней видимой оболочки, которая называется «фотосфера») — около 5500°С (это в 55 раз больше температуры кипения воды).
Температура в глубине Солнца, где рождается солнечная энергия, достигает 15 млн градусов Цельсия. При такой колоссальной температуре там протекают ядерные реакции.
В недрах термоядерного реактора
Мы говорим - «Солнце горит», но источником его излучения являются вовсе не химические реакции горения, а термоядерный синтез, при котором выделяется в миллионы раз больше энергии.
В условиях сверхвысоких температур и давления ядра водорода (главного элемента в составе Солнца) начинают соединяться и образовывать ядра другого элемента - гелия.
Каждую секунду на Солнце в энергию полностью превращается 4,26 млн т вещества, однако эта величина просто ничтожна по сравнению с общей массой нашего главного светила. Запасов водорода, необходимого для термоядерных реакций, нашей звезде хватит еще на несколько миллиардов лет.
Зона, в которой идут термоядерные реакции, называется ядром Солнца. Температура там достигает 15 млн градусов, а плотность вещества в 6,6 раза превышает плотность самого тяжелого металла на Земле - осмия.
При этом солнечное ядро живет как бы обособленной от внешних слоев жизнью - скорость его вращения вокруг собственной оси значительно выше, чем на поверхности.
Над ядром располагается так называемая «зона лучистого переноса», в которой энергия, выделившаяся в ядре, переносится к верхним слоям. Солнечная плазма здесь настолько плотно сжата, что ее частицы просто не могут «поменяться местами».
Поэтому энергия передается переизлучением - частица поглощает фотон «снизу» и тут же излучает другой в направлении верхнего слоя частиц.
Ближе к поверхности Солнца плазма менее плотная, и потоки энергии вызывают образование вихрей, за счет которых и происходит основной перенос энергии.
Поэтому подповерхностный слой Солнца, толщина которого составляет примерно 200 000 км, называют конвективной зоной (от латинского «конвекцио» - «перемешиваю»). Именно здесь рождаются гигантские возмущения солнечного вещества и сверхмощные магнитные поля.
Сколько лет Солнцу?
Звезда по имени Солнце зажглась более 6 млрд. лет назад. Ученые считают Солнце довольно молодой звездой. Им удалось подсчитать, что светить оно будет еще около 10 млрд лет.
Современный космический корабль может достичь поверхности Солнца, но опуститься на нее ему не удастся.
Во-первых, потому, что у Солнца, как и у всякой звезды, нет твердой поверхности, а во-вторых, потому, что температура там достигает 6 тысяч градусов. Любой металл при такой невероятно высокой температуре мгновенно расплавится и испарится.
В глубинах нашей звезды еще жарче - там десятки и сотни тысяч градусов.
Что было бы, если бы Солнца не было?
Рядом с Землей Солнце выглядит действительно огромным замерзшим темным шаром, путешествующим в космическом пространстве.
Солнце дает свет, тепло и энергию, которая перемешивает атмосферу и порождает ветер и дождь. С помощью этой энергии растут растения и питаются люди и животные.
Однако со временем солнечная активность изменяется, и это отражается на нашей повседневной жизни, климате и спутниковой связи.
Где Солнце светит сильнее всего?
Если ты собираешься путешествовать по свету, самым солнечным местом окажется восточная часть пустыни Сахара в Северной Африке — там Солнце светит 97% дней.
В Соединенных Штатах в округе Юма, штат Аризона, в среднем 90 % дней в году, или свыше 4000 часов в год, светит солнце.
На третьем месте находится Сент-Питерсберг в штате Флорида: в период с 9 февраля 1967 г. по 17 марта 1969 г. там было 768 солнечных дней подряд.
Есть ли на Земле место, где не восходит Солнце?
За Северным и Южным полярным кругом бывает, как минимум, один день в году, когда Солнце не восходит, и один день, когда оно не заходит.
Такое происходит из-за близости к полюсам Земли. Солнце не заходит в день летнего солнцестояния (21 июня на севере и 21 декабря на юге) и не восходит в день зимнего солнцестояния (21 декабря на севере и 21 июня на юге).
Поэтому Арктику и Антарктику называют «краями полночного солнца» летом и «краями полуденной тьмы» зимой.
Солнце: беспокойные окрестности
В той области, которую астрономы называют солнечной атмосферой, происходит множество удивительных и сложных явлений, которые заметно влияют на земную биосферу.
Еще в первой половине 20 в. выдающийся русский ученый А. Л. Чижевский (1897-1964 гг.), основоположник науки гелиобиологии, установил связь между активностью нашей звезды и урожайностью сельскохозяйственных культур, распространением эпидемий, активностью размножения различных видов животных и даже социальными и политическими процессами в человеческом обществе.
Как Солнце «путешествует»?
В действительности движение Солнца по зодиакальному кругу является видимым только для наблюдателя, находящегося на Земле.
За год наша планета совершает полный оборот вокруг Солнца, и наблюдатель, перемещаясь вместе с Землей примерно на один градус окружности в сутки, видит Солнце каждый раз в несколько ином положении на фоне неподвижных звезд.
Разумеется, днем это почти невозможно обнаружить, но изо дня в день картина ночного неба меняется - с него исчезают одни и появляются новые созвездия.
Солнце как бы переходит из созвездия в созвездие (из одного знака Зодиака в другой), причем каждое из них в прошлом соответствовало определенному месяцу года.
В наши дни положение эклиптики относительно неподвижных звезд несколько изменилось, поэтому Солнце находится в разных созвездиях неравное количество дней,- например, в конце марта оно пребывает в знаке Овна, но в действительности находится в созвездии Рыб.
Грозит ли Солнцу опасность взрыва?
Солнце образовалось из туманности, которая состояла из чистого молекулярного водорода.
Все остальные элементы, входящие в состав солнечной плазмы,- гелий, железо, никель, хром, магний, азот, кислород, углерод, кальций и неон,- образовались в результате сложных ядерных реакций и превращения элементов.
В отличие от более крупных звезд, Солнцу не грозит опасность окончить свое существование грандиозным взрывом, превратившись в сверхновую. Для этого его масса слишком мала.
По мере «выгорания» водорода наше светило увеличится в объеме и превратится в звезду типа «красный гигант». Однако случится это не ранее, чем через 6 млрд лет.
«Микроволновка» над фотосферой
Из-за огромных световых потоков, исходящих от фотосферы Солнца, особенности его атмосферы проще всего изучать в период полных солнечных затмений.
Именно поэтому астрономы, посвятившие себя исследованию Солнца, буквально «гоняются» за затмениями, перемещаясь вместе со своими приборами из страны в страну, а порой даже следуя на скоростных самолетах-лабораториях за движением «затменного пятна» по поверхности планеты.
Только при полном затмении становится виден тонкий неровный малиновый ободок, окружающий поверхность фотосферы. Это хромосфера - в буквальном переводе с греческого - «сфера цвета». Она простирается всего на 10-15 тыс. км.
Плотность вещества в хромосфере гораздо ниже, чем в фотосфере, но температура его в два-три раза выше, чем на поверхности Солнца.
Это удивительное на первый взгляд явление объясняется тем, что хромосферу «разогревают» электромагнитные поля, исходящие из недр Солнца ,- примерно так, как разогреваются продукты в обычной кухонной микроволновой печи.
Иногда над хромосферой вздымаются и уносятся далеко в окружающее пространство длинные «языки» более холодной материи - протуберанцы.
Эти выбросы происходят в связи с колебаниями солнечного магнитного поля. Иногда протуберанцы достигают длины в 1,7 млн км - такое уникальное извержение солнечного вещества было зарегистрировано в июне 1946 г.
Атмосфера Солнца: «солнечная корона»
Выше хромосферы расположен верхний слой атмосферы солнца - солнечная корона. Она также хорошо видна при полных затмениях Солнца и с помощью особых приборов - внезатменных коронографов.
Ее яркая часть простирается на расстояние в несколько диаметров Солнца, но современные исследования показывают, что она достигает по меньшей мере границ Солнечной системы.
То есть все планеты, в том числе и Земля, находятся «внутри» верхней атмосферы нашей звезды. Вещество короны очень разреженное, но его частицы движутся с такими высокими скоростями, что их температура превышает миллион градусов.
Не удивительно, что столь быстрые частицы не задерживаются в окрестностях Солнца, а устремляются в космическое пространство, образуя так называемый «солнечный ветер».
Потоки солнечного ветра, сталкиваясь с магнитными полями планет, заметно изменяют их форму и воздействуют на процессы в атмосферах и на поверхности.
Как и у планет, у Солнца есть атмосфера, которую называют солнечной короной. Состоит она из частиц раскаленных газов.
Но хотя корона очень горячая, она все же намного холоднее, чем поверхность Солнца, поэтому ее можно увидеть только во время солнечных затмений. Короной солнечную атмосферу назвали из-за ее причудливой формы в виде вытянутых зубцов.
Куда дует «солнечный ветер»?
Из солнечной короны разлетаются потоки элементарных частиц, которые движутся во все стороны со скоростью около 1000 км в секунду. Эти потоки называют «солнечным ветром».
Делает этот ветер погоду и на нашей Земле. С ним связаны магнитные бури, полярные сияния, а порой и наше с вами самочувствие.
Солнечные штормы
«Ветерок» со стороны нашего светила «тянет» постоянно. Но время от времени на Солнце случаются события, которые приводят к выбросу в космическое пространство огромного количества быстрых частиц и жесткого излучения за короткое время - настоящие «бури».
Такие вспышки происходят в моменты резких изменений характеристик магнитного поля Солнца. Мчащиеся со скоростью несколько сот тысяч километров в секунду частицы в считанные минуты достигают окрестностей Земли.
Магнитное поле нашей планеты отводит потоки частиц к полюсам планеты, где возникает свечение верхних слоев атмосферы - полярные сияния. Но этим дело не ограничивается. Нарушается радио- и мобильная связь, под угрозой оказывается безопасность полетов самолетов, нарушается работа линий электропередачи.
Учеными достоверно установлено существование 11-летних и 22-летних циклов солнечной активности. В периоды «беспокойного Солнца» изменяется даже форма его короны - в обычное время она имеет вытянутую в плоскости эклиптики форму, а в максимально активном состоянии выглядит как яркий венец, полностью окружающий светило.
Солнце - большое и маленькое
Наше Солнце - такая же звезда, как и те, что мы видим как светящиеся точки на небе. Оно кажется большим только потому, что находится ближе всего к Земле.
На самом деле Солнце относится к числу не самых больших и ярких звезд.
Ближайшая к солнцу звезда называется Проксима Центавра, свет от нее добирается к Земле за четыре года. Среди самых крупных звезд на небосводе - Сириус в созвездии Большого Пса и Антарес в созвездии Скорпиона.
А самая яркая из известных астрономам звезд находится в созвездии Киль - она в 5 миллионов раз ярче Солнца!
|