Что такое светимость солнца ответ

Что такое светимость звёзд и как её определяют

Как известно, светимость звёзд является одной из их главных характеристик. Поскольку это первый признак, по которому мы отличаем светила на ночном небе. Однако звёздное сияние разное, ведь даже невооружённым глазом видно, что одни блестят ярче других. В действительности, в астрономии светимость звёзд отражает не то, какие они яркие для наблюдателя, а их силу излучения.

Почему звёзды светятся на небе и излучают свет

Всё просто, потому что светила в результате происходящих внутри термоядерных реакций, очень высокой температуре вырабатывают энергию и излучают свет.

Если говорить точнее, при синтезе гелия из водорода высвобождается огромнейшее количество энергии, происходит горение водорода. У массивных звёзд горит не только он, но и гелий, а иногда и другие более тяжёлые элементы. В таком случае энергии производится намного больше.

Большая часть энергии производит разные виды излучений, а в совокупности они придают светилам способность светиться.

Таким образом, светимость звезды — это суммарное значение энергии излучения за определённый отрезок времени.

Соответственно, чем больше энергии вырабатывает звёздное тело, тем выше светимость. Получается, что она зависит от массы объекта.
На самом деле, массивность играет важную роль. Правда, не только она определяет уровень светимости звёзд. Так как мало получить энергию, она же внутри, нужно её вывести на поверхность. Как оказалось, площадь излучающей поверхности также влияет на то, как светит звёздное тело. Чем она больше, тем сильнее излучение.

Можно сказать, что светимость звёзд отражает не только количество излучаемой энергии, но и размер её поверхности.

Также стоит отметить, что температура внутри и на поверхности любого космического объекта влияет практически на все его показатели и свойства.

Как определить светимость звёзд

Прежде всего, данная характеристика позволяет проводить сравнение между разными видами звёзд. Так как на неё влияют почти все звёздные параметры.
Рассчитать светимость звёзд можно по формуле:

где R — радиус звезды,
T — температура поверхности,
σ — постоянная Стефана — Больцмана.

Как уже отмечалось и как видно из формулы, важными факторами являются масса, размер и температура. А зная суммарную энергию излучения светила, можно узнать всё остальное.

Однако не стоит путать светимость звёзд с их сиянием и блеском. Ведь блеск является всего лишь визуальным показателем яркости объекта, а мы говорим про количество излучаемой энергии. Правда, чтобы её вычислить необходимо знать абсолютную величину звезды (звездная величина при расстоянии до тела 10 парсек).

Кроме того, часто светимость звёзд ошибочно называют видимой звёздной величиной . Хотя это также субъективная величина, при которой большое значение имеет расстояние до объекта.

Для изучения звёздных тел уровень светимости имеет важное значение, поскольку он зависит от химических и физических характеристик светила. То есть зная данный показатель можно узнать многое. Например, состав, цвет, размер, массу, и даже интенсивность термоядерных реакции.

Что интересно, обычное для нас мерцание звёзд на небе обусловлено многими факторами. Сколько всего происходит вокруг нас, что мы не видим и о чём даже не задумываемся.

Для земного наблюдателя светящиеся звезды, бесспорно, красивые небесные тела. А что за этим стоит и как происходит на самом деле, порой, непонятно и непостижимо. Но согласитесь, Вселенная прекрасна в своих порождениях.

Источник

§ 19. Солнце как звезда

1. Что такое солнечная постоянная? Как её определили?

Измерения за пределами земно атмосферы показали, что на площадь 1 м$^2$, расположенную перпендикулярно солнечным лучам, ежесекундно поступает 1,37 кВт энергии. Эта величина практически не меняется в течении длительного промежутка времени, поэтому она получила название солнечной постоянной. Максимум солнечного излучения приходится на оптический диапазон.

2. Что понимают под светимостью Солнца? Чему она равна?

Светимость Солнца, или полное количество энергии, излучаемое Солнцем по всем направлениям в единицу времени, определим следующим образом: величину солнечной постоянной умножим на площадь сферы с радиусом $r$ в одну атмосферную единицу $(1\, а.е. = 149.6·10^5\, м).$ Она получается равно:

3. Какие химические элементы являются преобладающими для Солнца?

Анализ спектральных линий показал, что преобладающим элементом на Солнце является водород — на его долю приходится свыше 70% массы Солнца, около 25% приходится на гелий и около 2% на другие элементы.

4. Опишите внутреннее строение Солнца.

1. Солнечное ядро.
2. Зона лучистого равновесия.
3. Конвективная зона Солнца.

5. На какие зоны условно подразделяются недра Солнца? Какие процессы происходят в каждой из этих зон?

В центре Солнца находится ядро. На расстояниях до 0.3 радиуса от центра создаются условия, благоприятные для протекания термоядерных реакций слияния атомов лёгких химических элементов в атомы более тяжёлые. Из ядер водорода образуется гелий. Выделяющаяся энергия поддерживает излучение Солнца. Выделяющаяся энергия через слои, окружающие центральную часть звезды, передаётся наружу. В области 0.3 до 0.7 радиуса от центра Солнца находится зона лучистого равновесия энергии, где энергия распространяется через поглощение и излучение $γ$-квантов.

На протяжении последней трети радиуса Солнца находится конвективная зона. Здесь энергия передаётся не излучением, а посредством конвекции (перемешивания). Конвективная зона простирается практически до самой видимой поверхности Солнца — фотосферы.

6. Что является источником солнечной энергии?

В солнечном ядре протекают термоядерные реакции. Из ядер водорода образуется гелий. Для образования одного ядра гелия требуется 4 ядра водорода. На промежуточных стадиях образуется ядра тяжёлого водорода (дейтерия) и ядра изотопа $\mathrm.$ Эта реакция называется протон-протонной. При реакции небольшое количество массы реагирующих ядер водорода теряется, преобразуясь в огромное количество энергии. Выделяющаяся энергия поддерживает излучение Солнца.

Источник

Солнечная светимость — Solar luminosity

Светимость Солнца , L _☉ , является единицей лучистого потока ( мощность излучается в виде фотонов ) , традиционно используемого астрономами для измерения светимости из звезд , галактик и других небесных объектов с точкой зрения выхода Солнца .

Одна номинальная светимость Солнца определяется Международным астрономическим союзом как 3,828 × 10 26 Вт . Это не включает в себя солнечные нейтрино светимости, который бы добавить 0,023 L _☉ , или 8,8 х 10 24 Вт, то есть в общей сложности 3,916 × 10 26 Вт (средняя энергия солнечных фотонов 26 МОВ и что из солнечного нейтрино 0,59 МэВ, то есть 2,27%; Солнце излучает 9,2 x 10 37 фотонов и столько же нейтрино каждую секунду, из которых 6,5 x 10 14 на м² достигают Земли каждую секунду). Солнце — слабо переменная звезда , поэтому его фактическая светимость колеблется . Основное колебание — это одиннадцатилетний солнечный цикл ( цикл солнечных пятен), который вызывает квазипериодическое изменение около ± 0,1%. Считается, что другие вариации за последние 200–300 лет намного меньше этого.

СОДЕРЖАНИЕ

Определение

Солнечная светимость связана с солнечной энергетикой ( солнечной постоянной ). Солнечное излучение отвечает за орбитальное воздействие, которое вызывает циклы Миланковича , которые определяют земные ледниковые циклы. Средняя освещенность в верхней атмосфере Земли иногда называют как солнечной постоянной , I _☉ . Освещенность определяется как мощность на единицу площади, поэтому яркость Солнца (общая мощность, излучаемая Солнцем) — это освещенность, полученная на Земле (солнечная постоянная), умноженная на площадь сферы, радиус которой равен среднему расстоянию между Землей и Солнце:

L ⊙ знак равно 4 π k я ⊙ А 2 <\ Displaystyle L _ <\ odot>= 4 \ pi kI _ <\ odot>A ^ <2>\,>

где A — это единичное расстояние (значение астрономической единицы в метрах ), а k — константа (значение которой очень близко к единице), которая отражает тот факт, что среднее расстояние от Земли до Солнца не является точно одной астрономической единицей. .

Источник

Светимость

Визуально звезды для земного наблюдателя выглядят по-разному: одни светят ярче, другие тусклее.

Однако это еще не говорит об истинной мощности их излучения, поскольку звезды находятся на разных расстояниях.

Например, голубой Ригель из созвездия Ориона имеет видимую звездную величину 0,11, а находящийся недалеко на небе ярчайший Сириус имеет видимую звездную величину минус 1,5.

Тем не менее Ригель излучает энергии в видимых лучах в 2200 раз больше, чем Сириус, а кажется слабее только потому, что находится в 90 раз дальше от нас по сравнению с Сириусом.

Таким образом, видимая звездная величина сама по себе не может быть характеристикой звезды, поскольку зависит от расстояния.

Истинной характеристикой мощности излучения звезды служит её светимость, т. е. полная энергия, которую излучает звезда в единицу времени.

Светимость в астрономии – полная энергия, излучаемая астрономическим объектом (планетой, звездой, галактикой и т. п.) в единицу времени. Измеряется в абсолютных единицах: ваттах (Вт) – в Международной системе единиц СИ; эрг/с – в системе СГС (сантиметр-грамм-секунда); либо в единицах светимости Солнца (светимость Солнца L_s = 3,86·10 33 эрг/с или 3,8·10 26 Вт).

Светимость не зависит от расстояния до объекта, от него зависит только видимая звёздная величина.

Светимость – одна из важнейших звёздных характеристик, позволяющая сравнивать между собой различные типы звёзд на диаграммах «спектр – светимость», «масса – светимость».

Светимость звезды можно рассчитать по формуле:

где R – радиус звезды, T – температура её поверхности, σ – постоянная Стефана-Больцмана.

Светимости звезд, надо отметить, весьма различны: существуют звёзды, светимость которых в 500 000 раз больше солнечной, и есть звезды-карлики, светимость которых примерно во столько же раз меньше.

Светимость звезды можно измерять в физических единицах (скажем, в ваттах), но астрономы чаще выражают светимости звезд в единицах светимости Солнца.

Также можно выражать истинную светимость звезды с помощью абсолютной звездной величины.

Представим себе, что мы расположили все звезды рядом и рассматриваем их с одного и того же расстояния. Тогда видимая звездная величина уже не будет зависеть от расстояния и будет определяться только светимостью.

В качестве стандартного расстояния принято значение 10 пс (парсек).

Видимая звездная величина (m), которую бы имела звезда на таком расстоянии, называется абсолютной звездной величиной (M).

Таким образом, абсолютная звездная величина – это количественная характеристика светимости объекта, равная звездной величине, которую имел бы объект на стандартном расстоянии 10 парсек.

Так как освещенность обратно пропорциональна квадрату расстояния, то

где Е — освещенность, создаваемая звездой, которая удалена от Земли на r парсек; E₀ — освещенность от той же звезды со стандартного расстояния r₀ (10 пк).

Используя формулу Погсона, получаем:

m – M = -2,5lg(E/E₀) = -2,5lg(r₀/r) 2 = -5lgr₀ + 5lgr .

M = m + 5lgr₀ — 5lgr .

M = m + 5 — 5lgr . (1)

Если в (1) r = r₀ = 10 пк, то M = m – по определению абсолютной звездной величины.

Разность между видимой (m) и абсолютной (М) звёздными величинами называют модулем расстояния

m — М = 5 lgr — 5 .

В то время как М зависит только от собственной светимости звезды, m зависит также и от расстояния r (в пс) до неё.

Для примера подсчитаем абсолютную звездную величину для одной из самых ярких и близких к нам звезд – а Центавра.

Ее видимая звездная величина -0,1, расстояние до нее 1,33 пс. Подставляя эти значения в формулу (1), получаем: М = -0,1 + 5 — 5lg1,33 = 4,3.

Т. е. абсолютная звездная величина а Центавра близка к абсолютной звездной величине Солнца, равной 4,8.

Следует еще учитывать поглощение света звезды межзвездной средой. Такое поглощение ослабляет блеск звезды и увеличивает видимую звездную величину m.

В этом случае: m = М — 5 + 5lgr + A(r), где слагаемым А(r) учитывается межзвездное поглощение.

ЕЩЁ МАТЕРИАЛЫ ПО ТЕМЕ:

1″ :pagination=»pagination» :callback=»loadData» :options=»paginationOptions»>

Источник

Почему светит Солнце?

В древности люди не знали, почему светит Солнце. Но уже тогда они заметили, что оно появляется рано утром и исчезает вечером, а на смену ему приходят яркие звезды. Его считали дневным божеством, символом света, добра и власти.

Солнце — одна из звёзд нашей Галактики (Млечный Путь) и единственная звезда Солнечной системы. Вокруг Солнца обращаются планеты, кометы, астероиды, метеороиды и другие космические тела.

Сейчас наука шагнула далеко вперед и Солнце уже не столь загадочно для нас. Это не какой-нибудь особенный и неповторимый объект, а звезда. Такая же, как тысячи других, которые мы видим в ночном небе. Но другие звезды очень далеки от нас, поэтому с Земли они кажутся крохотными огоньками. Солнце к нам гораздо ближе, и его сияние видно намного лучше.

Кратка характеристика Солнца

Как и все остальные звезды, Солнце представляет собой огромный горячий шар. Предполагается, что оно образовалось из остатков других звезд около 4,5 миллиардов лет назад. Газ и пыль, освободившиеся из них, стали сжиматься в облако, температура и давление в котором постоянно повышались.

«Разогревшись» примерно до десяти миллионов градусов, облако превратилось в звезду, ставшую гигантским генератором энергии.

• По спектральной классификации Солнце относится к типу G2V (жёлтый карлик).
• Средняя плотность Солнца составляет 1,4 г/см³ (в 1,4 раза больше, чем у воды).
• Эффективная температура поверхности Солнца — 5780 кельвин .

Солнце светит почти белым светом, но прямой свет Солнца у поверхности нашей планеты приобретает некоторый жёлтый оттенок из-за действия атмосферы Земли (при ясном небе, вместе с голубым рассеянным светом от неба, солнечный свет вновь даёт белое освещение).

Зeмля oтдaлeнa oт Coлнцa нa 150 млн. км. Cкopocть cвeтa – З00000 км/c, пoэтoму лучу тpeбуeтcя 8 минут и 20 ceкунд. Ho вaжнo тaкжe пoнимaть, чтo ушли миллиoны лeт, пpeждe чeм фoтoны cвeтa пepeшли c coлнeчнoгo ядpa нa пoвepxнocть.

Структура и состав Солнца

Наше Солнце в основном состоит из двух элементов: водорода (74,9%) и гелия (23,8%). Помимо них там присутствует в маленьких количествах: кислород (1%), углерод (0.3%), неон (0.2%) и железо (0.2%). Внутри Солнце делится на слои:

• ядро,
• радиационная и конвекционная зоны,
• фотосфера,
• атмосфера.

Строение Солнца схематично.Ядро Солнца обладает наибольшей плотностью и занимает примерно 25% от общего солнечного объема.

Именно в солнечном ядре посредством ядерного синтеза, трансформирующего водород в гелий, формируется тепловая энергия. По сути, ядро – это такой себе солнечный мотор, благодаря ему, наше светило выделяет тепло и обогревает всех нас.

Что заставляет Солнце излучать свет?

Древние мыслители думали, что поверхность солнца постоянно горит, и поэтому излучает свет и тепло. Однако это не так. Во-первых, причина излучения тепла и света находится намного глубже поверхности звезды, а именно в ядре . Ну и во-вторых, процессы происходящие в недрах звезд вовсе не похожи на горение.

Солнце содержит огромное количество атомов водорода.

Суть термоядерной реакции

Как правило, нейтральный атом водорода содержит положительно заряженный протон и отрицательно заряженный электрон, который вращается вокруг него. Когда этот атом встречается с другим атомом водорода, их соответствующие внешние электроны магнитно отталкивают друг друга, что предотвращает встречу одного из протонов друг с другом.

Но ядро Солнца сильно разогрето и находится под таким давлением, что атомы перемещаются с большой кинетической энергией, которая позволяет им преодолевать силу, связывающую их структуру, и электроны начинают отделяться от своих протонов.

Это означает, что протоны, обычно находящиеся внутри ядра атома водорода, могут касаться друг друга и объединяются в ядра других элементов.

То есть с научной точки зрения, — это реакция, при которой более легкие атомные ядра — обычно изотопы водорода (дейтерий и тритий) сливаются в более тяжелые ядра — гелия .

Данный процесс, происходящий в недрах звезд, называется термоядерный синтез.

Это процесс перехода материи в энергию, причем из минимального количества материи высвобождается невероятное количество энергии — каждую секунду Солнце излучает 3,9 × 10 в степени 26 Вт мощности.

Чтобы произошла термоядерная реакция необходима невероятно высокая температура — несколько миллионов градусов.

Как можно было догадаться солнце не вечно , оно со временем «спалит само себя». Ученые считают, что в нем еще хватит материи приблизительно на 4-6 миллиардов лет, т.е. где-то на столько же, сколько оно уже просуществовало.

Почему Солнце не взрывается?

Звезда живет за счет притяжения — вот почему они большие, огромные. Чтобы сжать звезду, нужна огромная сила притяжения, для того чтобы выделить невероятное количество энергии, достаточного для термоядерного синтеза. Вот в чем секрет звезд, вот почему они светятся.

Синтез в ядре звезды Солнца, каждую секунду генерирует мощность, которой хватило бы на миллиард ядерных бомб. Звезда — это гигантская водородная “бомба”.

Почему тогда ей просто не разлететься на куски?

Дело в том, что силы тяжести сжимают внешние слои звезды. Сила тяжести и синтез ведут грандиозную войну, притяжение которых хочет смять звезду и энергия синтеза, которая стремится разнести звезду изнутри, этот конфликт и это равновесие создают звезду.

Этот процесс происходит всю жизнь звезды. В результате создается свет и каждый луч совершает невероятное путешествие, проходя 1080 миллионов километров в час. За одну секунду, луч света может семь раз обогнуть землю, ни что во вселенной не движется так быстро.

История изучения светимости Солнца

Одним из первых, кто попытался подойти к объяснению природы Солнца с научной точки зрения был древнегреческий астроном и математик Анаксагор, согласно словам которого Солнце – раскаленный металлический шар. За это философ был заключен в тюрьме.

Прежде, чем в 17-м веке началось инструментальное изучение Солнца, было еще немало предположений о природе солнечного света, вплоть до находящихся на поверхности постоянно горящих лесов.

С 17-го века ученым открывается такое явление как солнечные пятна, появляется возможность вычислить период вращения Солнца. Становится ясно, что наша звезда является неким физическим телом со сложной структурой.

В 19-м веке возникает спектроскопия, при помощи которой удается разложить солнечный луч на составные цвета. Таким образом, благодаря линиям поглощения, Фраунгоферу удается обнаружить новый химический элемент, входящий в состав звезды, — гелий.

В середине 19 века ученые уже пытались описать свечение Солнца более сложными научными гипотезами.

В 1848 году Роберт Майер выдвинул метеоритную гипотезу, согласно которой Солнце нагревается благодаря бомбардировке метеоритами.

Несколько позже, в 1853-м году, возникла более правдоподобная идея так называемого «механизма Кельвина — Гельмгольца», согласно которой Солнце нагревалось по причине гравитационного сжатия. Однако, в таком случае возраст светила был бы значительно меньше, нежели на самом деле, что противоречило некоторым геологическим исследованиям.

Уравнение Энштейна

Вооружившись знаменитым уравнением Эншнейна, которое предсказывало, что любая масса должно иметь эквивалентное количество энергии, британские астрономы 1920-х годов предположили, что Солнце фактически превращало свою массу в энергию. Однако вместо печи, которая превращает древесину и уголь в золу и почерневший углерод (излучая свет и тепло), центр Солнца больше похож на гигантскую атомную электростанцию.

Только в XX веке было найдено правильное решение этой проблемы, благодаря которой стала понятна природа светимости Солнца.

Сколько будет гореть Солнце?

Эффективность реакции термоядерного синтеза является основной причиной того, что Солнце постоянно излучает тепло, — энергия, выделяемая путем превращения всего одного килограмма водорода в гелий эквивалентна той, которая выделяется при сжигании 20 000 тонн угля. Поскольку Солнце достаточно массивно и относительно молодо, считают, что оно использовало только около половины своего топлива — водорода.

Koгдa Coлнцe изpacxoдуeт вecь вoдopoдный зaпac (1З0 млн. лeт), тo пepeйдeт к гeлию. После этого его светимость будет и дальше увеличиваться, пока Солнце не станет на 121 % ярче и горячее, чем сейчас. и оно перейдет в фазу красного гиганта.

Ученые считают, что через 4–5 млрд лет Солнце расширится и поглотит или очень сильно разогреет Землю.

Пocлe кpacнoгo гигaнтa oнo pуxнeт и ocтaвит cжaтую мaccу в шapикe зeмнoгo paзмepa. Этo cтaдия бeлoгo кapликa. В конце концов, ядро Солнца преобразует весь свой водород в гелий, и звезда умрет. Этого не произойдет еще примерно 5 миллиардов лет. Солнце не может исчезнуть просто так или погаснуть в один миг. Светимость нашей звезды увеличивается на 1 % каждые 110 млн лет за счет сжигания водорода.

Видео

Источник