Внутреннее строение Солнца
Внутреннее строение Солнца гораздо сложнее, чем мы можем себе представить. Днем на небосводе мы видим лишь небольшую часть внешней оболочки нашей звезды, но что творится под ней, увидеть невозможно. Внутри звезды находятся громадные слои плазмы, в которых протекают различные термоядерные процессы. Температура там достигает нескольких десятков миллионов градусов по Цельсию, что позволяет Солнцу обеспечивать энергией не только нашу планету, но и все остальные, вращающиеся вокруг него.
Внутри звезды существуют несколько областей, которые сильно отличаются друг от друга. Сразу под оболочкой находится конвективная зона, в которой протекают потоки плазмы, далее расположена область лучистого переноса, распределяющая энергию между остальными слоями звезды. В центре Солнца находится ядро, в котором протекают бурные термоядерные реакции. А сейчас давайте подробнее поговорим о каждой составляющей внутреннего строения Солнца.
Изображение Солнца в разрезе
Солнечное ядро
Ядро нашей звезды является самым горячим местом не только в ней, но и во всей Солнечной системе. Оно занимает четверть всего объема Солнца. Его температура в самом центре достигает 14 миллионов градусов по Цельсию, а плотность – около 150 000 кг/м 3 .
В солнечном ядре беспрерывно протекают различные термоядерные реакции, формирующие миллионы тонн элементарных частиц каждую секунду. Синтез этих частиц выделяет колоссальное количество энергии, которая не только нагревает всю звезду, но и распространяется далеко за ее пределы, доходя до планет в виде света и солнечного ветра. Наша Земля потребляет мизерное количество всей энергии, исходящей от Солнца. Чтобы поглощать и распределять все солнечное излучение, понадобится оборудование небывалых масштабов, например, известная многим Сфера Дайсона.
Изображение Солнца с разделением составляющих
Как известно, вечных двигателей во Вселенной не существует, и солнечное ядро не исключение. Когда-нибудь в нем перестанут протекать термоядерные реакции, так как запасы водорода звезды будут исчерпаны. Тогда Солнце начнет расширяться до тех пор, пока не превратиться в красного гиганта. За это время звезда успеет поглотить несколько планет нашей системы, включая Землю. Затем солнечное ядро разогреется до 100 миллионов градусов по Цельсию, внешняя оболочка превратится в туманность, а ядро – в белого карлика, который начнет постепенно гаснуть и будет делать это в течение миллиардов лет. На этом Солнечная система официально погибнет. Но переживать не стоит, так как водорода в Солнце хватит еще на 6,5 миллиардов лет термоядерных реакций.
Зона лучистого переноса
Следующая область Солнца распределяет энергию, образующуюся при протекании термоядерных реакций. Зона лучистого переноса почти такая же плотная, как и само ядро, а ее температура колеблется между 2 и 7 миллионами градусов по Цельсию в зависимости от приближения к ядру. Интересно то, что перераспределение энергии происходит не один раз, поэтому первый ядерный фотон, появившийся после сразу реакции, доходит до конвективной зоны только через пару сотен тысяч лет.
Внутреннее строение Солнца
Конвективная зона
На границе между внешней оболочкой и областью лучистого переноса находится конвективная зона. Здесь плотность уже заметно ниже, чем в ядре, а температура держит на уровне около 5000-5400°C. В этой зоне происходит смешивание горячих и более холодных потоков плазмы, которое называется конвекцией. Именно этот процесс ответственен за образование магнитного поля звезды. Также в конвективной зоне проходит ионизация атомов водорода и гелия. Именно так и образуется солнечный ветер, который вызывает на нашей планете магнитные бури и северное сияние.
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
Из чего состоит Солнце и подобные ему звезды
Каждый день, в течение миллиардов лет, Солнце поднимается над земным горизонтом. Оно находится на расстоянии 150 миллионов километров, но светит так ярко, что нам трудно смотреть на него. Температура поверхности Солнца – 5500 градусов. Этого достаточно, чтобы расплавить любой зонд, прежде чем он подлетит к Солнцу достаточно близко.
Другими словами, Солнце слишком горячее, чтобы мы могли с ним справиться. Но это не значит, что мы не можем изучать его.
На самом деле, есть несколько поистине гениальных методов, с помощью которых ученые начали разгадывать тайны звезд, которые разбросаны по ночному небу, в том числе и секреты нашего Солнца.
Спектрометр как метод изучения
Начнем со света. Возможно, мы не можем долго смотреть на Солнце, не повредив глаза, но научные приборы не имеют такой проблемы.
Как вы, возможно, знаете, белый свет фактически состоит из всех цветов радуги, и мы можем их увидеть, если посмотреть сквозь призму.
Еще в 1802 году английский ученый Уильям Хайд Волластон пропустил солнечный свет сквозь призму и заметил нечто неожиданное: темные линии в спектре. Несколько лет спустя, немецкий оптик Йозеф Фраунгофер построил специальный инструмент, который называется «спектрометр», для разделения лучей. Он увидел еще больше любопытных темных линий.
Очень скоро ученые поняли, что темные линии показывали, где цвет пропадал из спектра. Он пропадал из-за элементов внутри и вокруг Солнца, которые поглощали волны света конкретной длины. Темные линии, следовательно, указывали на присутствие определенных элементов, таких как водород, натрий и кальций.
Благодаря этому удивительному открытию, ученые смогли понять, из каких ключевых элементов состоят ближайшие к нам звезды. Однако такой подход имеет свои ограничения. Этим способом можно объяснить, какие элементы находятся на поверхности, но не в центре Солнца.
Составляющие Солнца
Так что же находится внутри Солнца и может ли это содержимое объяснить, откуда появляется колоссальная энергия?
Наше понимание массивной выработки энергии Солнцем начало формироваться в первой половине 20 века. Ученые предположили, что если атомы водорода будут сливаться вместе, они создадут совершенно другой элемент – гелий, излучая при этом энергию. Кажется вполне вероятным, что Солнце состоит из водорода и гелия, и обязано им своей силой. Но эту идею еще нужно доказать.
Супер Камиоканде
Именно на этом этапе изучение Солнца становится действительно странным. Для того чтобы лучше понять, как наша звезда дала жизнь всему, что нас окружает, ученые должны уйти в «подполье». Попросту говоря, эксперименты необходимо проводить под горами. Именно так был разработан японский детектор «Супер Камиоканде».
Примерно в 1000 м ниже поверхности расположена странная комната. В ней находится мелкое, но чрезвычайно чистое озеро, а 13 тысяч сферических объектов покрывают стены, потолок и пол.
Возможно, выглядит как сцена из научной фантастики, однако Супер Камиоканде создан для того, чтобы понять, как работает наше Солнце. Поскольку этот детектор расположен очень глубоко под землей, очевидно, он служит не для обнаружения света. Вместо этого он ждет особые частицы, которые вырабатываются в центре нашего светила, и могут проникать сквозь твердые породы точно так же, как самолет может лететь по воздуху.
Нейтрино
Триллионы этих частиц проходят сквозь ваше тело каждую секунду. Если бы не существовало специальных детекторов, мы бы никогда не узнали об этих частицах. Однако Супер Камиоканде может уловить очень мало, всего около 40 таких частиц в день, благодаря обнаружению специального света, который создается, когда эти частицы взаимодействуют с бассейном чистой воды.
Свет, который они создают, очень слабый, но он генерирует своего рода гало вокруг нейтрино (частиц), и феноменально чувствительные детекторы, размещенные на стенах, могут уловить гало.
Специальные типы нейтрино, определенные с помощью этого метода, считаются прямым доказательством того, что внутри Солнца происходит ядерный синтез водорода в гелий. Ученые не могут найти другие объяснение образованию нейтрино.
Еще более удивительно то, что эти нейтрино образуются во время реакции синтеза в центре Солнца, и детектор «Супер Камиоканде» может захватить их уже восемь минут спустя. Изучение этих частиц позволяет наблюдать, что происходит внутри Солнца практически в режиме реального времени.
Как нам поможет термоядерная реакция
Для того чтобы лучше понять, как происходят эти реакции синтеза, необходимо попытаться воссоздать их на Земле. В принципе, это не очень сложно. 13-летний британский школьник успешно инициировал реакцию синтеза в 2014 году. Но если вы хотите наблюдать за этими реакциями без вмешательства частиц самого Солнца, необходимо снова спуститься под землю.
Одна из самых сложных вещей для обеспечения термоядерной реакции – это получение любых двух атомов, которые бы слились. Вероятность такого события, несмотря на триллионы существующих атомов, достаточно низкая.
Однако Солнце имеет два преимущества, которые обеспечивают такое слияние. Это его масса, которая обеспечивает избыток атомов, а также тяжесть, которая сжимает водород в плазме. При таком большом давлении электроны начинают отделяться от протонов в ядре. Такая среда намного облегчает реакцию синтеза.
В таких звездах, как наше Солнце, вероятность того, что значительное количество энергии может быть высвобожденной в результате ядерных реакций, является очень высокой просто потому, что существует много протонов. В лаборатории невозможно создать такое же их количество, поэтому очень трудно изучать эти процессы.
Цикл и продолжительность жизни звезд
Может создаться впечатление, что Солнце является постоянным элементом, уровень яркости которого не изменяется на протяжении миллиардов лет. На самом деле, это не так. Звезды имеют цикл и продолжительность жизни, которые, в зависимости от размера и точных пропорций элементов в них, могут значительно отличаться.
В последние годы мы смогли больше узнать о том, как изменяется наше Солнце, изучая некоторые его особенности. К примеру, всем известные темные пятна появляются на его поверхности и носят временный характер. С помощь зондов ученые также смогли изучить, сколько излучения, включая видимый свет, производило Солнце в течение нескольких лет.
В 1980-х было обнаружено, что в течение около 10 лет выход энергии Солнца ослабился, а затем вырос снова. Но еще более поразительным было то, что количество солнечных пятен зависело от этой деятельности. Чем больше энергии высвобождает Солнце, тем больше пятен появляется. Сюрпризом оказалось то, что такие пятна темнее и холоднее, чем остальная часть поверхности.
Это подтверждает, что многие особенности Солнца нам только предстоит узнать. Однако ученым удалось определить основы. Разделив солнечный свет и получив возможность улавливать нейтрино, ученые смогли ответить на самые важные вопросы о природе нашего Солнца.
Источник