Атмосфера солнца доклад астрономия 11 класс

Атмосфера Солнца

Фотосфера — самый нижний слой атмосферы Солнца, в котором температура довольно быстро убывает от 8000 до 4000 К. Следствием конвективного движения вещества в верхних слоях Солнца является своеобразный вид фотосферы — грануляция (рис. 5.6). Фотосфера как бы состоит из отдельных зёрен — гранул, размеры которых составляют в среднем несколько сотен (до 1000) километров. Гранула — это поток горячего газа, поднимающийся вверх. В тёмных промежутках между гранулами находится более холодный газ, опускающийся вниз. Каждая гранула существует всего 5—10 мин, затем на её месте появляется новая, которая отличается от прежней по форме и размерам. Общая наблюдаемая картина при этом не меняется. Вещество фотосферы нагревается за счёт энергии, поступающей из недр Солнца, а излучение, которое уходит в межпланетное пространство, уносит энергию, поэтому наружные слои фотосферы охлаждаются.

В самых верхних слоях фотосферы плотность вещества составляет 10 -3 —10 -4 кг/м 3 . Здесь в условиях минимальной для Солнца температуры оказывается возможным существование нейтральных атомов водорода и даже простейших молекул и радикалов Н₂, ОН, СН.

Над фотосферой располагается хромосфера («сфера цвета»). Красновато-фиолетовое кольцо хромосферы можно видеть в те моменты, когда диск Солнца закрыт Луной во время полного солнечного затмения. В хромосфере вещество имеет температуру в 2—3 раза выше, чем в фотосфере. Здесь, как и внутри Солнца, оно представляет собой плазму, только меньшей плотности. Толщина хромосферы 10—15 тыс. км, а далее на миллионы километров (несколько радиусов Солнца) простирается солнечная корона (рис. 5.7).

Температура короны резко возрастает по сравнению с температурой хромосферы и достигает 2 млн К. Причиной нагрева солнечной короны являются магнитозвуковые волны, поднимающиеся в корону из более глубинных слоёв Солнца. Для короны, которую можно наблюдать во время полных солнечных затмений как жемчужно-серебристое сияние, характерна лучистая структура с множеством сложных деталей — дуг, шлемов и т. д. (см. рис. 5.7). Солнечная корона (рис. 5.8) явилась для астрофизики уникальной природной лабораторией, в которой удается наблюдать поведение вещества в условиях, недостижимых на Земле. Высокая температура короны обеспечивает полную ионизацию лёгких элементов, а у более тяжёлых сохраняются электроны, находящиеся на самых глубоких электронных оболочках. Высокоионизованную плазму короны часто называют электронным газом, имея в виду, что число электронов, потерянных атомами, существенно превосходит число образовавшихся при этом положительных ионов.

Плотность вещества по мере удаления от Солнца постепенно уменьшается, но потоки плазмы из короны (солнечный ветер) растекаются по всей планетной системе. Скорость этих потоков в окрестностях Земли обычно составляет 400—500 км/с, но у некоторых может Достигать 1000 км/с. Основными составляющими солнечного ветра являются протоны и электроны, значительно меньше альфа-частиц и других ионов. Наша планета фактически находится в солнечной короне, поэтому многие геофизические явления испытывают на себе влияние процессов, происходящих на Солнце, в особенности в периоды максимума солнечной активности. Солнечный ветер порождает не только на Земле, но и на других планетах Солнечной системы, обладающих магнитным полем, такие явления, как магнитосфера, полярные сияния и радиационные пояса.

Источник

Атмосфера Солнца

Солнце является одной из значимых звёзд нашей галактической системы под названием Млечный путь. В Солнечной системе это единственное светило, вокруг которого обращаются прочие объекты – спутники, планеты, астероиды, кометы, пыль из космоса. В статье будет рассмотрена атмосфера Солнца и её практическое значение для этого гигантского огненного шара.

Описательные характеристики

Атмосфера Солнца во многом определяется его составом. В нем присутствуют следующие элементы:

• водород, занимающий 73% массы;
• гелий, на который приходится 25% веса;
• прочие элементы, имеющие иную концентрацию.

1 млн. водородных атомов включает в себя:

• 98 000 гелиевых атомов;
• 851 кислородных элементов;
• 398 атомов углерода;
• 123 – неона;
• 100 – азота;
• 47 – железа;
• и т. д.

На массу светила приходится 99,866% массы всей Солнечной системы. Наша галактическая группа включает в свой состав 100-400 млрд звёзд. При этом 85% их являются менее яркими в сравнении с Солнцем. Как и все они, наше естественное светило производит выработку энергии за счёт реакции термоядерного синтеза. Выработка значительной её части происходит в ходе синтеза водорода, гелия.

Солнце является звездой, расположенной к Земле ближе всего. Средняя удалённость между объектами составляет 149,6 млн км. Значение его орбитальной скорости составляет 217 километров в секунду. На прохождение одного светового года ему требуется 1400 земных лет. На сегодняшний день звезда располагается в области внутреннего края рукава Ориона. Среди всех светил, имеющих отношение к 50-ти наиболее близким системам, Солнце занимает по яркости почётную четвёртую строчку.

Фотосфера

Атмосфера Солнца состоит из нескольких слоёв, одним из них является фотосфера. Она представлена видимой поверхностью, которая извергает базовую часть излучения. Слой обладает толщиной, равной 100-400 км, температурным значением, составляющим 6 600 К (минимум). Именно по этой части происходит определение размеров Солнца. Газ, находящийся здесь, является разреженным, а скоростное значение вращения зависит от конкретной области. В зоне экватора один оборот протекает за 24 дня, в районе полюсов – за 30 дней.

Хромосфера

Солнечная атмосфера представлена также хромосферой. Она является оболочкой, окружающей фотосферу, имеющей толщину в 2000 км. Для верхней границы характерны постоянные горячие выбросы. Эта часть является видимой исключительно во время полного затмения, когда она появляется в красных тонах.

Корона

Эта часть является последней. Для неё характерно присутствует протуберанцев, энергетических извержений. Их выплеск обычно происходит в радиусе сотен тысяч километров, что провоцирует возникновение солнечного ветра. Солнечная атмосфера в этой области имеет более высокую температуру – 1 000 000 К минимум, которая может достигать отметки в 2 000 000 К. В некоторых областях значение повышается до 8-9 тыс. Кельвинов. Однако увидеть эту часть можно исключительно во время солнечного затмения.
Для данной области характерно изменение формы, которое пребывает в зависимости от цикла солнечной активности. На максимуме её форма круглая, на минимуме – вытянутая (вдоль экваториальной части).

Ветер

Солнечная атмосфера имеет такое явление, как ветер, представленный потоком ионизированных элементов, которые выбрасываются из звезды в различных направлениях на скорости от 400 километров в секунду. В качестве источника, из которого исходит ветер, выступает солнечная корона. Её температура настолько высока, что гравитационная сила не может удерживать вещество неподалёку от поверхности, и его часть оказывается в пространстве между планетами. Несмотря на относительную изученность, многие детали, связанные с солнечным ветром, остаются неясными до сих пор.

Таким образом, солнечная атмосфера состоит из нескольких слоёв, различных по толщине, температуре, свойствам.

Источник

§ 12. Солнце — наша звезда

Изучив этот параграф, мы узнаем:

• почему светит Солнце;
• о природе солнечных пятен и их влиянии на биосферу Земли;
• как в домашних условиях можно использовать солнечную энергию.

Физические характеристики Солнца

Солнце — одна из миллиардов звезд нашей Галактики, центральное светило в Солнечной системе, возраст которого около 5 млрд лет. Оно дает Земле тепло и свет, тем самым поддерживая жизнь на нашей планете. Солнце находится на близком расстоянии от Земли — всего 150 млн км, поэтому мы видим его в форме диска. Изучение Солнца имеет очень важное практическое значение для развития земной цивилизации.

Температура Солнца измеряется при помощи законов излучения черного тела (см. § 6). Солнце излучает электромагнитные волны различной длины, которые нашим глазом воспринимаются как белый свет. На самом деле белый свет состоит из целого спектра электромагнитных волн от красного цвета до фиолетового, но Солнце излучает больше всего энергии в желто-зеленой части спектра, поэтому астрономы называют Солнце желтой звездой. Температура на поверхности Солнца 5780 К.

Светимость Солнца определяет мощность его излучения, то есть количество энергии, которую излучает поверхность Солнца во всех направлениях за единицу времени. Для определения светимости Солнца надо измерить солнечную постоянную q — энергию, которую получает 1 м 2 пбверхности Земли за 1 с при условии, что Солнце находится в зените. Для определения светимости Солнца необходимо величину солнечной постоянной умножить на площадь сферы с радиусом R:

где R=l,5•10 11 м — расстояние от Земли до Солнца.

Строение Солнца

Солнце — огромный раскаленный плазменный шар, имеющий сложное строение внешних и внутренних слоев.

В результате физических процессов, протекающих в недрах Солнца, непрерывно выделяется энергия, которая передается внешним слоям и распределяется на все большую площадь. Вследствие этого по мере приближения к поверхности температура солнечной плазмы постепенно снижается. В зависимости от температуры и характера процессов, определяемых этой температурой, Солнце условно разделяют на следующие области с различным физическим состоянием вещества и распределением энергии: ядро, зона радиации, конвективная зона и атмосфера (рис. 12.1).

Рис. 12.1. Внутреннее строение Солнца

Центральная область (ядро) занимает относительно небольшой объем, но благодаря большой плотности ядра, которая увеличивается к центру, там сосредоточена значительная часть массы Солнца. Огромное давление и сверхвысокая температура обеспечивают протекание термоядерных реакций, которые являются основным источником энергии Солнца. Радиус ядра составляет примерно 1/3Rз.

В зоне лучистого равновесия, или зоне радиации, окружающей ядро на расстоянии до 2/3Rз, энергия распространяется путем последовательного поглощения и последующего переизлучения веществом квантов электромагнитной энергии.

В конвективной зоне (от верхнего слоя зоны радиации, почти до самой видимой границы Солнца — фотосферы) энергия передается уже не излучением, а за счет конвекции, то есть путем перемешивания вещества, когда образуются своеобразные отдельные ячейки, которые немного различаются температурой и плотностью.

Атмосферой считаются внешние слои Солнца, условно разделенные на три оболочки. Глубокий слой атмосферы Солнца, состоящий из газов,— фотосфера (от греч.— сфера света), 200—300 км толщиной, воспринимается нами как поверхность Солнца (рис. 12.2). Плотность газов в фотосфере в миллионы раз меньше плотности воздуха у поверхности Земли, а температура фотосферы уменьшается с высотой. Средний слой фотосферы, излучение которого мы воспринимаем, имеет температуру 5780 К.

Рис. 12.2. Фотосфера — это самый глубокий слой атмосферы Солнца, который излучает свет

В солнечный телескоп можно наблюдать структуру фотосферы, в которой конвекционные ячейки имеют вид светлых и темных зерен — гранул (рис. 12.3).

Рис. 12.3. Гранулы в фотосфере имеют диаметр 1000 км — это проявление конвекции

Над фотосферой находится хромосфера (от греч.— цветная сфера), где атомами различных веществ образуются темные линии поглощения в спектре Солнца (рис. 12.4). Общая толщина хромосферы составляет 10—15 тыс. км, а температура в ее верхних слоях достигает 100000 К.

Рис. 12.4. Спектр Солнца. Темные линии поглощения образуются в хромосфере

Над хромосферой находится внешний слой атмосферы Солнца — солнечная корона, температура которой достигает нескольких миллионов градусов. Вещество короны, которое постоянно вытекает в межпланетное пространство, называется солнечным ветром.

Для любознательных

Если сравнить светимость Солнца с его массой, то мы получим, что 1 кг солнечного вещества генерирует мизерную мощность 0,001 Вт, в то время как средняя мощность излучения человеческого тела равна примерно 100 Вт, то есть в тысячу раз больше мощности такой же массы солнечного вещества. Правда, Солнце светит на протяжении миллиардов лет, излучая почти одну и ту же энергию, надежно обогревая Землю и другие тела Солнечной системы.

Солнечная активность

Солнечная активность определяется количеством пятен и их общей площадью. Исследования показали, что температура внутри пятна достаточно высокая и достигает 4500 К, но пятно кажется темным на фоне более горячей фотосферы с температурой 5780 К (рис. 12.5, 12.6).

Рис. 12.5. Солнечное пятно

Возникает вопрос: что снижает температуру внутри пятна? Пятна на Солнце могут существовать в течение нескольких месяцев, поэтому возникла гипотеза, что какой-то процесс тормозит конвекцию плазмы в солнечном пятне и поддерживает разницу температур. Сейчас доказано, что таким «изолятором» является сильное магнитное поле, которое, взаимодействуя с электрически заряженными частицами плазмы, тормозит конвекционные процессы внутри пятна.

Рис. 12.6. Соединение пятен

Еще одна загадка активности Солнца связана с ее периодичностью — цикл изменения количества пятен повторяется примерно через каждые 11 лет (рис. 12.7).

Рис. 12.7. Изменение солнечной активности

Для любознательных

Пятна связаны между собой магнитными силовыми линиями подобно полюсам магнита — каждое пятно имеет свою полярность. Так же, как невозможно разделить северный и южный полюса магнита, так и солнечные пятна существуют только парами, которые имеют различные магнитные полярности. Если учесть полярность пятен, то цикл солнечной активности длится примерно 22 года.

Влияние солнечной активности на Землю

Исследуя Солнце при помощи спутников и АМС, астрономы обнаружили его сильное корпускулярное излучение — поток элементарных частиц (протонов, нейтронов, электронов). Например, во время так называемых хромосферных вспышек, которые взрываются вблизи пятен, выделяется такая огромная энергия, которую можно сравнить с излучением всей фотосферы Солнца. Не надо путать вспышки с протуберанцами. Протуберанцы (лат. protubero — сдуваюсь) существуют постоянно — это плотные холодные облака водорода, которые поднимаются в корону и движутся вдоль магнитных силовых линий. Благодаря протуберанцам происходит обмен веществ между хромосферой и короной.

Вспышка возникает между двумя пятнами с противоположной полярностью, когда в течение нескольких часов температура в этой зоне возрастает до 5-10 6 К и выделяется энергия 10 21 —10 25 Дж, что почти соизмеримо со светимостью Солнца в видимой части спектра. Во время вспышки энергия излучается в основном в невидимой части спектра (радио-, ультрафиолетовом и рентгеновском диапазоне). При этом в межпланетное пространство также выбрасываются потоки заряженных частиц, летящих со скоростью до 20000 км/с (рис. 12.8).

Рис. 12.8. Хромосферная вспышка на Солнце

Через несколько часов после вспышки корпускулярные потоки могут долететь до Земли и вызвать возмущение ее магнитного поля и свечение ионосферы, что проявляется в виде интенсивных полярных сияний.

Выводы

Основным источником энергии для нашей цивилизации является Солнце, которое не только дает нам тепло, но и существенно влияет на все процессы, происходящие на Земле. В будущем солнечный свет станет основным источником электрической энергии, как на Земле, так и в космических поселениях при освоении других планет.

Тесты

1. Солнечная постоянная определяет:
   А. Количество энергии излучения Солнца за год.
   Б. Количество энергии излучения Солнца за 1 с.
   В. Температуру Солнца.
   Г. Количество энергии, которую получает вся поверхность Земли за единицу времени.
   Д. Энергию, которую получает 1 м 2 поверхности Земли за 1 с, если солнечные лучи падают перпендикулярно к поверхности.
2. Для определения светимости Солнца необходимо знать:
   А. Радиус Солнца.
   Б. Радиус Земли.
   В. Расстояние от Земли до Солнца.
   Г. Температуру на поверхности Земли.
   Д. Температуру на поверхности Солнца.
3. Какие из этих химических элементов наиболее распространены на Солнце?
   А. Оксиген и железо.
   Б. Водород и гелий.
   В. Водород и Оксиген.
   Г. Азот и Оксиген.
   Д. Феррум и азот.
4. В результате какого процесса выделяется энергия в недрах Солнца?
   А. Ядерной реакции.
   Б. Гравитационного сжатия.
   В. Термоядерной реакции.
   Г. Горения водорода.
   Д. Падения метеоритов.
5. Грануляция в фотосфере образуется в результате того, что:
   А. Корона очень горячая.
   Б. Энергия передается конвекцией.
   В. Пятна очень холодные.
   Г. Излучаются нейтрино.
   Д. На поверхности Солнца появляются волны.
6. Солнце называют желтой звездой, в то время как для большинства людей оно имеет белый цвет. Как объяснить это противоречие?
7. Что снижает температуру внутри солнечных пятен?
8. Какое явление астрономы называют солнечной активностью?
9. Какие процессы на Солнце могут существенно влиять на состояние земной атмосферы?
10. Что является источником энергии Солнца?
11. Вычислите, какую солнечную энергию смогла бы поглотить за 1 час крыша вашего дома в полдень.

Диспуты на предложенные темы

1. Какие экологически чистые источники энергии можно предложить для использования в населенном пункте, где находится ваша школа?

Задания для наблюдений

Внимание! При наблюдениях нельзя смотреть на диск Солнца, как невооруженным глазом, так и в телескоп без специального светофильтра!

1. Подсчитайте общее количество солнечных пятен и зарисуйте их расположение на диске Солпца. Обратите внимание, что пятна часто появляются парами. Через несколько дней повторите наблюдения, и вы заметите вращение Солнца вокруг оси — пятна сместились. Количество пятен за это время тоже может измениться.

Ключевые понятия и термины:

Гранулы, зона конвекции, зона радиации, корпускулярное излучение, корона, магнитная буря, протуберанцы, светимость Солнца, солнечный ветер, солнечное пятно, солнечная постоянная, фотосфера, хромосфера, хромосферная вспышка, ядро.

Источник