Основные параметры Солнца

Размещено на http://www.allbest.ru/

7

Основные параметры Солнца

Введение

Современная наука установила, что все движения, совершаемые на Земле, и вся земная жизнь полностью зависят от Солнца, точнее, от той энергии, которая несётся к нам в лучах Солнца. Земля окружена газообразной атмосферой. Нагревая её, Солнце вызывает в ней разнообразные движения. От этого происходит ветер. Солнце движет крылья наших ветряных мельниц. На поверхности морей и океанов Солнце вызывает испарение. Энергия его лучей поднимает массы воды в виде паров в воздух. Охладившись и сгустившись, они падают обратно в виде дождя и снега. Под действием солнечных лучей на Земле устанавливается круговорот воды. Большая часть выпавшей воды стекает обратно в океаны, моря и озёра. В реках, текущих к морям, находится громадный запас механической энергии, полученной от Солнца. В наших мощных гидроэлектростанциях мы пользуемся той энергией, которая была затрачена лучами Солнца на подъём воды в атмосферу. Лучи Солнца поддерживают существование растительного мира. Растения получают углерод из воздуха, поглощая углекислоту и разлагая её на кислород и углерод, расходуя для этого энергию, получаемую от лучей Солнца. В зелёных листьях растений содержатся зёрна хлорофилла, в них-то и происходит поглощение солнечных лучей, так что каждое хлорофильное зерно представляет собой маленькую фабрику, где солнечные лучи отделяют в углекислоте углерод от кислорода. Когда в наших печах углерод растений в процессе горения вновь соединяется с кислородом, освобождается та энергия, которая была затрачена Солнцем на разложение углекислоты. Поэтому каждое растение представляет собой склад солнечной энергии. Величайшим событием в истории человечества является тот момент, когда первобытный человек впервые добыл огонь, т. е. получил доступ к этим громадным складам солнечной энергии. Это событие определило всю будущую судьбу человека, сделав его властелином Земли. Каменный уголь представляет собой остатки растений, покрывавших Землю в былые эпохи жизни Земли. Залежи каменного угля -- это склады солнечной энергии, которые были заготовлены природой в давно прошедшие времена. Нефть также имеет органическое происхождение. Следовательно, Солнце -- источник тех сил, которыми располагает промышленность. Животный мир поддерживает свои силы питанием; пищу же доставляют или непосредственно растения, или животные, питающиеся растениями. В обоих случаях они получают в конечном счёте энергию, накопленную в растениях лучами Солнца. Великий русский учёный К.Л. Тимирязев говорил: «Зелёный лист, или, вернее, микроскопическое нелепое зерно хлорофилла, является фокусом, точкой в мировом пространстве, в которую с одного конца идёт энергия Солнца, а с другого берут начало все проявления жизни на Земле. Растение -- посредник между небом и Землёй. Оно -- истинный Прометей, похитивший огонь с неба. Поглощённый им луч Солнца горит в едва мерцающей лучине и в ослепительной искре электричества. Луч Солнца приводит в движение и чудовищный маховик паровой машины, и кисть художника, и перо поэта». Лишь небольшое число движений на земной поверхности в настоящее время не находится в непосредственной связи с Солнцем, а именно: вулканические извержения и землетрясения. Часть лунно-солнечных приливов, вызываемая притяжением Луны, может показаться силой, не зависящей от Солнца. Но так как приливы происходят в жидкой воде, а вода находится в жидком состоянии вследствие нагревания её Солнцем, то очевидно, что и лунные приливы не могли бы происходить при отсутствии солнечного тепла. Имеется, правда, могучий источник энергии, независимый от Солнца, -- это внутриатомная энергия. Этот источник энергии пока в недостаточной степени доступен нам. Намечаются лишь пути к его освоению. Когда человечество сможет его использовать, оно будет освобождено от своей полной зависимости от Солнца.

1. Параметры Солнца

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. км. Легко написать это число, но представить себе такое большое расстояние трудно. Быстрее всего в природе распространяется свет. Он идёт 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 8 минут, чтобы дойти к нам от Солнца. На небе мы наблюдаем Солнце в виде диска сравнительно не большого 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 объёму Солнцу, нужно взять 1 301 000 таких шаров, как наша Земля. Представьте себе большой арбуз и зёрнышко пшена - это и даст понятие о сравнительных размерах Солнца и нашей планеты.

Изучая движение планет под действием притяжения Солнца, астрономы определили массу Солнца. Она оказалась почти в 333 400 раз больше массы Земли. Сопоставим это число с числом 1 301 000, которое представляет объём Солнца сравнительно 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 велика. 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 огромном расстоянии оно находится от нас, можно заключить, каким же горячим оно должно быть. В самом деле, чем выше температура тела, чем оно сильнее накалено, 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 которых температура достигает 20 млн. градусов. Раскалённые солнечные газы находятся в постоянном движении.

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 (большая 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 К, давление - 250 миллиардов атмосфер. Газ ядра спрессован до плотности, в 150 раз превышающей плотность воды. Испускаемая Солнцем энергия в 3,86*10 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 К. они выглядят тёмными только потому, что их окружают области с гораздо более высокой температурой. Солнечные пятна могут быть очень большими - более чем 50 000 км в диаметре. Они обусловлены сложными и пока не очень хорошо понятными взаимодействиями Солнечного магнитного поля.

Над фотосферой находится небольшая область, называемая хромосферой. Сильно разреженная выше хромосферы, называемая короной, простирается на миллионы километров в космос, и видима только во время затмений. Температура короны более чем 1 000 000 К. 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 заряженных 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 километров в секунду), почти в два раза превышающие скорости потоков, испускаемые областями более низких широт. Состав солнечного ветра от разных областей также различается (он состоит из протонов, электронов, альфа-частиц, ионов кислорода, кремния, серы, железа и некоторых других элементов). Солнечная активность не постоянна. Существовал период очень низкой активности Солнечных пятен во второй половине 17 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, исчерпали приблизительно половину водорода, содержащегося в ядре. Оно продолжит излучать "мирно" ещё около 5-7ми миллиардов лет. Но в конечном счёте водородное топливо будет исчерпано.

солнце планетарный земля притяжение

2. Будущее Солнца

Что же будет дальше? Что произойдёт, когда всё больше водорода будет выгорать и в центре Солнца будет накапливаться гелий? Модельные расчёты показывают прежде всего, что в ближайшие 5 миллиардов лет практически ничего не изменится.

Каждую секунду Солнце перерабатывает около 600 миллионов тонн водорода. Запасов ядерного топлива хватит ещё на 5 миллиардов лет, после чего оно превратиться в белый карлик.

Солнце будет медленно перемещаться вверх по своему пути развития на диаграмме Герцшпрунга-Рессела. Светимость Солнца при этом будет постепенно повышаться, а температура на его поверхности вначале станет чуть выше, а затем начнёт медленно снижаться. Но все эти изменения будут невелики.

Через 10 миллиардов лет после начала горения водорода светимость Солнца будет всего в два раза выше нынешней. К этому времени человечество (если оно ещё будет существовать на Земле) уже давно начнёт испытывать климатические трудности. Однако потом станет ещё хуже. А пока диаметр Солнца всего в два раза превышает нынешний.

Между тем, в недрах Солнца к этому времени уже произойдут существенные изменения. В центре весь водород уже будет исчерпан. Центральная область целиком заполнена гелием. В центре не происходит ядерных реакций, поскольку весь водород уже выгорел, а для превращения гелия в углерод температура слишком мала. Только на поверхности этого гелиевого шара, там, где гелий граничит со слоем, богатым водородом, ещё происходит сгорание водорода. Постепенно выгорает и этот водород, а радиус гелиевой сферы в центре Солнца увеличивается.

Если вначале у нашего Солнца было ядро, где происходили ядерные реакции превращения водорода в гелий, то теперь горение водорода происходит в тонкой сферической оболочке, которая постепенно расширяется и перемещается во внешние области, всё ещё богатые водородом. С течением времени диаметр гелиевого шара в центре Солнца становится всё больше. Солнечный шар становится всё больше и одновременно всё холоднее (красным гигантом).

В стадии красного гиганта - толстая внешняя конвективная зона и относительно малое внутреннее гелиевое ядро, размеры которого близки к диаметру белого карлика. Солнце расширится на столько, что поглотит Меркурий, Венеру и будет тратить "горючее" в сто раз быстрее, чем в настоящее время. Наша звезда станет красным гигантом, размеры которого сравнимы с расстоянием от Земли до Солнца!

Через 13 миллиардов лет размеры Солнца станут примерно в 100 раз больше, чем сегодня, а светимость увеличится в 2000 раз. В то же время температура поверхности существенно снизится. Она будет составлять всего 4000 градусов, то есть на 1800 градусов меньше, чем теперь.

Но нас это уже не спасёт. К тому времени океаны на Земле давно уже испарятся, а под палящими лучами Солнца будет даже плавиться свинец. Земля превратиться в горячую печь, на которой уже не сможет существовать жизнь. Над безжизненной поверхностью Земли будет светить гигантский красный солнечный шар размером в полнеба. Было бы, конечно, интересно узнать, на сколько верны эти предсказания компьютерной модели.

Когда температура центральной части Солнца достигнет 100 000 000 К, начнёт сгорать и гелий, превращаясь в тяжёлые элементы, и Солнце вступит в стадию сложных циклов сжатия и расширения. На последней стадии наша звезда потеряет внешнюю оболочку, центральное ядро будет иметь очень большую плотность и размеры, как у Земли. Пройдёт ещё несколько миллиардов лет и Солнце остынет, превратившись в белый карлик.

Размещено на Allbest.ru