Как устроено Солнце?

Солнечная корона

Солнце – центральное тело Солнечной системы. Оно представляет собой очень горячий плазменный шар.

Солнце – ближайшая к Земле звезда. Свет от него доходит до нас за 8 ⅓ мин. Благодаря Солнцу образовались все тела Солнечной системы и создались условия для возникновения и развития жизни на Земле.

Гипотеза возникновения Солнца

Ученые предполагают, что Солнце возникло вместе с другими телами Солнечной системы из газопылевой туманности примерно 5 млрд. лет назад. Сначала вещество Солнца сильно разогревалось из-за гравитационного сжатия, но затем температура и давление в недрах Солнца настолько увеличились, что самопроизвольно начали происходить ядерные реакции. В результате резко поднялась температура в центре Солнца, а давление в его недрах возросло настолько, что смогло уравновесить силу тяжести и остановить гравитационное сжатие. Так возникла современная структура Солнца. Эта структура поддерживается происходящим в его недрах медленным превращением водорода в гелий. За время существования Солнца уже около половины водорода в его центральной области превратилось в гелий. В результате этого процесса выделяется то количество энергии, которое Солнце излучает в мировое пространство.
У Солнца огромная мощность излучения: 3,8∙10²° МВт. На Землю попадает только ничтожная часть солнечной энергии, лишь половина миллиардной доли. Она поддерживает в газообразном состоянии земную атмосферу, постоянно нагревает сушу и водоемы, дает энергию ветрам и водопадам, обеспечивает жизнь животным и растениям. Часть солнечной энергии хранится в недрах Земли в виде каменного угля, нефти и других полезных ископаемых. Средний диаметр Солнца составляет 109 диаметров Земли (1 392 000 км).

Строение Солнца

Солнце представляет собой сферически симметричное тело, находящееся в равновесии. Физические условия одинаковы на одинаковых расстояниях от центра, но они заметно меняются по мере приближения к центру. Чем больше вглубь, тем плотность и давление нарастают, сжатые давлением вышележащих слоев. Солнце можно разделить на несколько концентрических слоев, постепенно переходящих друг в друга.

Строение Солнца

В центре Солнца огромная температура: 15 млн. градусов! Давление превышает сотни миллиардов атмосфер. Сжатие газа тоже огромной плотности. Почти вся энергия Солнца генерируется в центральной части (ядре) с радиусом примерно в ⅓ солнечного. Через окружающие слои эта энергия передается наружу. На протяжении последней трети радиуса находится конвективная зона. Что такое конвекция, вам легче будет понять, если обратиться к кипящему чайнику: количество энергии для нагревания гораздо больше той, которая отводится теплопроводностью.

Конвекция

Поэтому вещество приходит в движение и начинает само переносить тепло. Вы можете спросить, как же можно было об этом узнать при таких характеристиках Солнца? Да, указанные слои Солнца наблюдать невозможно. Об их существовании мы знаем либо из теоретических расчетов, либо на основании косвенных данных.
Над конвективной находятся уже видимые слои Солнца, т.е. его атмосфера. Эти слои изучены лучше, об их свойствах можно судить из наблюдений.

Солнечная атмосфера

Атмосфера Солнца также состоит из нескольких различных слоев. Самый глубокий и тонкий из них – фотосфера, наблюдаемая в видимом непрерывном спектре. Ее толщина всего 300 км. Чем глубже слои фотосферы, тем они горячее.
В телескоп можно увидеть характерную зернистую структуру фотосферы. Это впечатление зернистости создают чередования маленьких светлых пятнышек (гранул) размером около 1000 км, окруженных темными промежутками. Возникновение грануляций связано с происходящей под фотосферой конвекцией. Отдельные гранулы намного горячее окружающего их газа. В течение нескольких минут их распределение по диску Солнца меняется. В гранулах происходит движение газа, похожее на конвективное. Возникшие в конвективной зоне и фотосфере волны нагревают газы в последующих слоях атмосферы Солнца – хромосфере и короне. Поэтому верхние слои фотосферы – самые «холодные» на Солнце, их температура около 4500 К. Слой хромосферы во время полного солнечного затмения, когда Луна полностью закрывает фотосферу, виден в виде розового кольца, окружающего диск. На краю хромосферы видны как бы выступающие язычки пламени – хромосферные спикулы. Тогда же можно наблюдать и спектр вспышки, который состоит из водорода, гелия, ионизированного кальция и других элементов.
Чем отличается хромосфера от фотосферы? Более неправильной неоднородной структурой. Температура в хромосфере быстро растет и в верхних слоях достигает десятков тысяч градусов.
Самая внешняя и разреженная часть солнечной атмосферы – корона.

Солнечная корона

Температура ее – около миллиона градусов. Корону можно видеть только во время полного солнечного затмения либо с помощью коронографа.
Вся солнечная атмосфера постоянно колеблется волнами длиной в несколько тысяч километров. Период колебаний – около 5 минут.

Солнечные магнитные поля

На Солнце все вещество представлено в виде намагниченной плазмы. Периодически в отдельных областях она скапливается в большем количестве, тогда говорят о солнечной активности: факелы, пятна, протуберанцы - плотные конденсации относительно холодного (по сравнению с солнечной короной) вещества, которые поднимаются и удерживаются над поверхностью Солнца магнитным полем в короне. Все слои солнечной атмосферы захватывают солнечные вспышки.

Солнечный протуберанец

Солнечное радиоизлучение

Солнце – мощный источник радиоизлучения. Сантиметровые волны излучает хромосфера, дециметровые и метровые – корона. Во время сильных солнечных вспышек радиоизлучение Солнца возрастает в тысячи и миллионы раз по сравнению со спокойным «поведением» Солнца.

Рентгеновские лучи Солнца

Они исходят в основном от верхних слоев хромосферы и короны. В годы максимальной солнечной активности бывает особенно сильное излучение.

Другие виды солнечного излучения

Солнечный ветер

Солнце является также источником постоянного потока частиц: нейтрино, электронов, протонов, альфа-частиц – корпускулярное излучение Солнца. Значительная часть этого излучения – поток плазмы (солнечный ветер), являющийся продолжением солнечной короны. Он дует постоянно и в результате отдельные области на Солнце являются источниками корпускулярных потоков. С солнечными вспышками связаны и космические лучи – частицы с большими энергиями.