Что такое конвективная зона солнца

Конвективная зона

Зона конвекции — область Солнца (или более обще, звезды) в которой перенос энергии из внутренних районов во внешние происходит главным образом путём активного перемешивания вещества — конвекции.

Содержание

Расположение и строение

Выше зоны конвекции расположена фотосфера, ниже — зона лучистого переноса. Наглядным аналогом процессов, происходящих в конвективной зоне, является подогрев воды в сосуде. Пламя нагревает нижние слои воды, и они в результате теплового расширения вытесняются вверх другими, холодными и более тяжёлыми слоями. Аналогичный процесс происходит и в Солнце, где источником энергии служит солнечное ядро с происходящими в нем термоядерными реакциями.

Движение вещества в конвективной зоне происходит не хаотично, а в виде устойчивых ячеек циркуляции шестигранной формы — по оси ячейки вещество поднимается, а у периферии опускается. Кроме того, по вертикали конвекция разбивается на слои, толщина которых близка к толщине «однородной атмосферы», где плотность меняется в e = 2,7 раза. Поэтому размер ячеек меняется по мере движения к поверхности звезды. У основания конвективной зоны образуются гигантские ячейки размером около половины радиуса звезды, в промежуточных слоях их размер уменьшается, а в верхнем слое их размер составляет несколько сотен км. На поверхности Солнца видны следы всех слоёв ячеек, в виде гранул и более крупных структур (супергрануляция).

Скорость конвекции зависит от глубины. У основания конвективной зоны она мала (десятки м/c), под фотосферой она достигает значений 1-2 км/с.

Физические процессы в конвективной зоне

Движение вещества в конвективной зоне тесно связано с процессами ионизации и рекомбинации атомов водорода и гелия, и во многом обусловлено ими.

Конвективные зоны звёзд различной массы

Обычная конвективная зона

Солнце, а также звёзды главной последовательности, имеющие среднюю массу и близкий спектральный класс, обладают конвективной зоной, которая занимает приблизительно треть объёма звезды. Когда горячая плазма поднимается к верхней границе конвективной зоны, она охлаждается за счёт излучения энергии в фотосферу, остывает и погружается вглубь, где нагревается излучением лучистой зоны, после чего цикл повторяется. Поскольку зона ядерных реакций отделена от зоны перемешивания вещества зоной лучистого переноса, то гелий практически не выносится в поверхностные слои Солнца, а накапливается в его ядре.

Конвективная зона на Солнце и сходных звёздах представляет собой зону частично ионизованных водорода и гелия. Конвективная зона простирается до глубины, где водород и гелий полностью ионизованы. Чем ниже температура звезды, тем толще её конвективная зона, у холодных красных звёзд её толщина достигает половины радиуса. Наоборот, у более горячих звёзд спектрального класса А водород заметно ионизован уже на поверхости, поэтому уже на небольшой глубине и водород и гелий полностью ионизованы, следовательно толщина конвективной зоны у таких звёзд мала.

Ядерная конвективная зона

У массивных звёзд ранних спектральных классов (O и B) синтез гелия осуществляется не протон-протонным, а азотно-углеродным циклом. Скорость этой реакции очень сильно зависит от температуры, поэтому температура внутри ядра по мере движения к центру звезды очень быстро возрастает. Большой температурный градиент внутри ядра создаёт условия для формирования ещё одной, внутриядерной зоны конвекции, которая лежит под зоной лучистого переноса, и в которой происходит активное перемешивание массы вещества, участвующего в ядерных реакциях. Это приводит к равномерному выгоранию водорода по всему ядру, что существенно влияет на ход эволюции таких звёзд.

Звёзды без лучистой зоны

У звёзд главной последовательности, имеющих малую массу (менее 0,26 массы Солнца) — красных карликов, зона конвекции занимает весь объём звезды. Лучистая зона отсутствует и у молодых звёзд малой массы (до трёх масс Солнца), ещё не завершивших процесс гравитационного сжатия и находящихся на подходе к главной последовательности. У красных гигантов зона конвекции также простирается непосредственно до ядра.

Ссылки

• Конвекция — Физика Космоса: Маленькая энциклопедия

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое «Конвективная зона» в других словарях:

конвективная зона — Солнца, слой толщиной 150 200 тыс. км, расположенный непосредственно под фотосферой; вещество этого слоя, находясь в конвективном движении, переносит энергию из глубин Солнца к его поверхности; ячеистая структура конвективных потоков во многом… … Энциклопедический словарь

КОНВЕКТИВНАЯ ЗОНА — Солнца, слой толщ 150 200 т. км, расположенный непосредственно под фотосферой; в во этого слоя, находясь в конвсктивиом движении, переносит энергию из глубин Солнца к его поверхности; ячеистая структура конвективных потоков во многом определяет… … Естествознание. Энциклопедический словарь

КОНВЕКТИВНАЯ ЗОНА Солнца — слой толщиной 150 200 тыс. км, расположенный непосредственно под фотосферой; вещество этого слоя, находясь в конвективном движении, переносит энергию из глубин Солнца к его поверхности; ячеистая структура конвективных потоков во многом определяет … Большой Энциклопедический словарь

Зона конвекции — Зона конвекции область Солнца (или более обще, звезды) в которой перенос энергии из внутренних районов во внешние происходит главным образом путём активного перемешивания вещества конвекции. Содержание 1 Расположение и строение 2 Конвективные… … Википедия

Зона лучистого переноса — Строение Солнца Зона лучистого переноса средняя зона Солнца. Располагается непосредственно над солнечным ядро … Википедия

Зона радиации — Строение Солнца Зона лучистого переноса средняя зона Солнца. Располагается непосредственно над солнечным ядром. Выше зоны лучистого переноса находится конвективная зона. Нижней границей зоны считают линию, ниже которой происходят ядерные реакции … Википедия

КОНВЕКТЙВНАЯ ЗОНА — звезды область звезды с развитой конвекцией, являющейся осн. фактором переноса тепла и выравнивания хим. состава. У звёзд главной последовательности с массами имеются конвективные оболочки, толщина к рых увеличивается с уменьшением массы, так что … Физическая энциклопедия

Солнце — У этого термина существуют и другие значения, см. Солнце (значения). Солнце … Википедия

Светило — Солнце Основные характеристики Среднее расстояние от Земли 1,496×1011 м (8,31 световых минут) Видимая звёздная величина (V) −26,74m … Википедия

Звезда — У этого термина существуют и другие значения, см. Звезда (значения). Плеяды Звезда небесное тело, в котором идут, шли или будут идти … Википедия

Источник

Внутреннее строение Солнца

Солнце – главная звезда нашей планетарной системы. Несмотря на относительную изученность, это светило вызывает среди учёных немало вопросов. Особого внимания заслуживает внутреннее строение Солнца. Из чего оно состоит, какой структурой и «консистенцией» обладает – будет рассмотрено в статье.

Особенности строения

Современные представления и убеждения гласят о том, что наша звезда включает в свой состав несколько концентрических сфер (областей). Каждая из них наделена своими особенностями. В схематическом разрезе можно увидеть не только внешние характеристики, но и внутренние параметры. Энергетический поток, который освобождается вследствие термоядерных реакций в ядре Солнца, постепенно прокладывает путь к его видимой зоне.

Её перенос, в свою очередь, происходит за счёт определённых процессов. Считается, что в ходе их протекания атомами поглощается, а затем повторно излучается и рассеивается излучение. То есть речь идёт о лучевом способе. После прохождения 80% пути, начиная от ядра и заканчивая поверхностью, газ утрачивает свойства стойкости. Поэтому впоследствии происходит перенос энергии посредством конвекции по направлению к видимой солнечной поверхности. По итогу он попадает в атмосферную часть.

Строение Солнца. В центре Солнца находится солнечное ядро. Фотосфера — это видимая поверхность Солнца, которая и является основным источником излучения. Солнце окружает солнечная корона, которая имеет очень высокую температуру, однако она крайне разрежена, поэтому видима невооружённым глазом только во время полного солнечного затмения.

Описание и характеристики

Внутреннее строение Солнца является слоистым или оболочечным. Оно включает в себя одновременно несколько областей. В центральной части располагается массивная ядерная часть, за ней идёт зона лучевого переноса энергетического потока, после этого следует конвективная область, и, в конечном счёте, атмосфера. Некоторые исследователи отмечают, что Солнце внутри включает в себя ещё и внешние области. Это корона, хромосфера, фотосфера. Однако другие астрономы к строению звезды относят исключительно корону и хромосферу.

Основные зоны Солнца

Чтобы иметь представление о том, каким является внутреннее строение Солнца, стоит остановиться на каждом его слое более подробно.

Это центральная область нашего светила. Она обладает радиусом, равным 150-175 тысяч километров. А это – порядка 20 или даже 25% всего солнечного радиуса. По сути, ядерная зона представляет собой реактор термоядерного типа, потому что в нём происходят одноимённые реакции. Изучая слои Солнца, в частности – ядро, можно отметить, что его плотность в 150 раз выше, чем у воды, а температурное значение превышает отметку в 14 000 000 Кельвинов.

Что касается «скоростного режима», в котором звезда вращается вокруг собственной оси, в ядерной области он значительно выше в сравнении с тем, что предполагает поверхность Солнца. Ежесекундно за счёт термоядерных явлений в излучение вовлекается 4,26 миллионов тонн всевозможных веществ. Однако топливного ресурса, возникающего за счёт действия звезды, достаточно для того, чтобы энергия «работала» в течение нескольких миллиардов лет.

Территория лучистого переноса

В этой части нашего естественного светила энергия переносится преимущественно посредством излучения и поглощения фотонов. При всем этом направленность каждого элемента, который излучен плазматическим слоем, не зависит от того, какие из них поглощались плазмой, а какие не поглощались. Поэтому есть вероятность проникновения в следующий плазменный слой в лучистой области, а также перемещения вниз, назад.

По описанным причинам временной интервал, за которой фотон, который изначально появился в ядре, достигает конвективной части светила, может составлять миллионы лет. В среднем этот отрезок времени для нашей главной звезды равен около 170 000 лет. По этой причине внутреннее строение Солнца вызывает среди учёных неподдельный интерес и многочисленные вопросы.

Конвективная зона

Следующая часть внешней области светила приходится на конвективную часть. Она располагается максимально близко к такому элементу, как поверхность Солнца. Чем ближе к ней, тем ниже становится плотность и температурный режим. Этих параметров становится недостаточно для того, чтобы в полной мере перенести энергию посредством повторного излучения. Вследствие этого появляется вихрь, в рамках которого плазма перемешивается, а энергии подступает к фотосфере.

По мере того как слои Солнца взаимодействуют между собой, наблюдается следующая картина. Вещество, относящееся к фотосфере, охлаждается на поверхности и погружается в глубину конвективной части. С другой стороны, элемент излучается из области лучевого переноса и впоследствии поднимается вверх. Оба эти процесса протекают достаточно быстро. В результате возникает процесс конвекции. Слой, расположенный под поверхностью, имеет толщину в 200 000 километров. По мере приближения к самой верхней части наблюдается падение температуры до отметки в 5800 К.

Дополнительные слои

Солнце внутри также включает в себя несколько дополнительных слоёв, хотя некоторыми учёными они не рассматриваются всерьёз.

Фотосфера

Это нижний атмосферный слой, находящийся в области плотной массы невидимого газового вещества конвективной области. Образование его произошло вследствие влияния ионизированного газового вещества с температурой до 10 000 К внутри и 5 000 К снаружи. Именно этот нижний атмосферный слой человеческим глазом воспринимается как ярко-жёлтый диск Солнца. А если воздух прозрачный, с помощью телескопа можно отчётливо просмотреть основание. Поверхность обладает зернистой структурой (грануляцией) с поперечниками от 700 до 2 000 км.

Рассматриваемый процесс характеризуется присутствием в нижнем слое газа непрозрачного типа, который выступает в качестве сложного механизма круговоротов, совершаемых вертикально. Образно этот процесс сравнивается с кипением густой жидкости. Получается, что солнечная поверхность, отдающая определённый энергетический поток в космос, представляет собой разреженный газовый слой.

Хромосфера

Солнце внутри также включает в себя хромосферу. Во время протекания полного затмения у крайней части диска можно наблюдать сияние. Это и есть хромосфера. Границы и очертания в ней отсутствуют. Всё, что она собой представляет – это комбинацию большого количества выступов, расположенных в непрерывном положении. Хромосфера на практике сравнивается с горячей степью, а её языки пламенны поперечно достигают размера в 200-2000 км.

Корона

Солнце внутри также состоит из короны. Она представляет собой его внешнюю атмосферную часть. Некоторые астрономы именуют её как атмосфера. Образование произошло за счёт влияния ионизированного газа, который является разреженным. Продолжительность этой области составляет 5 солнечных диаметров, а строение считается лучистым.

Корона имеет примерно такую же яркость, что и у Луны во время полнолуния. Если сравнивать с яркостью светила, эта величина составляет 5/1000000. За счёт внешних слоёв в космос происходит излучение газа – так называемого солнечного ветра. Это второй солнечный поток, образуемый планетами. Именно он выступает в качестве первоисточника полярных сияний на Земле.

Таким образом, Солнце внутри имеет сложное строение и состав и постоянно изучается учёными.

Источник