Почему Солнце до сих пор не сгорело?
Персональный обогреватель нашей планеты невероятно эффективен.
Наше Солнце — довольно средняя звезда в галактике Млечный путь — не самая яркая, не самая большая и существует всего 4,5 миллиарда лет. Она уникальна только тем, что её свет и тепло поддерживают жизнь на единственной обитаемой планете, которую мы знаем во Вселенной. К счастью для нас, людей, Солнце не сгорело с тех пор, как мы появились несколько сотен тысяч лет назад. Но откуда у него могло быть столько топлива? Почему оно не погасло, как свеча или костер? И когда оно наконец сгорит?
Это был насущный вопрос в XIX веке. В 1848 году немецкий естествоиспытатель Роберт фон Майер ( Robert von Mayer) выдвинул гипотезу, согласно которой Солнце нагревается благодаря бомбардировке его метеоритами. Разумеется, эта теория даже в то время не выдерживала критики. Поэтому, во второй половине XIX века наиболее правдоподобной считалась теория, выдвинутая немецким и британским физиками Германом Гельмгольцем ( Hermann von Helmholtz) и Уильямом Томсоном (лордом Кельвином), согласно которой Солнце нагревается за счёт медленного гравитационного сжатия. Этот процесс известен, как механизм Кельвина — Гельмгольца — остывание поверхности небесного тела приводит к падению внутреннего давления, из-за чего звезда сжимается, что в свою очередь приводит к разогреванию её ядра.
Однако, основанные на этом механизме расчёты оценивали максимальный возраст Солнца в 20 млн лет, что значительно меньше его действительного возраста.
Согласно другой гипотезе, популярной в XIX веке, Солнце буквально горит, т.е. происходит химическая реакция, которую мы видим, когда зажигаем спичку или разводим костер. Но и расчеты возраста Солнца по это гипотезе давали результат, который не соответствовал тому, что мы знали о возрасте Солнечной системы — 4,5 миллиарда лет. Если бы Солнце сжималось или горело, у него бы закончилось топливо задолго до того, как мы появились в этом мире. Очевидно, что-то происходило ещё, помимо сжатия и горения.
Спустя несколько десятилетий, в 1920-х годах, было найдено правильное объяснение механизмов «горения» Солнца. Сначала «отец» ядерной физики и лауреат Нобелевской премии по химии 1908 года Эрнест Резерфорд ( Ernest Rutherford) предположил, что источником энергии Солнца является радиоактивный распад .
Позднее, вооружившись знаменитым уравнением Эйнштейна E=mc², которое утверждает, что всё, что имеет массу, должно иметь эквивалентное количество энергии, британский астрофизик Артур Стэнли Эддингтон ( Arthur Stanley Eddington) предположил, что Солнце фактически преобразует свою массу в энергию. Вместо печи, которая превращает древесину и уголь в золу (попутно испуская свет и тепло), центр Солнца больше похож на гигантскую атомную электростанцию.
Солнце содержит огромное количество атомов водорода. Как правило, нейтральный атом водорода содержит положительно заряженный протон и отрицательно заряженный электрон, который вращается вокруг него. Когда этот атом встречает один из других атомов водорода, их соответствующие внешние электроны магнитно отталкиваются друг друга. Это предотвращает столкновение и слияние протонов друг с другом. Но ядро Солнца настолько горячее и сжатое, что атомы носятся с такой громадной кинетической энергией, что они преодолевают силу, связывающую их частицы вместе, и электроны отделяются от своих протонов. Это означает, что протоны, обычно защищенные электронами внутри ядра атома водорода, могут соприкасаться друг с другом и соединяются вместе в процессе, называемом термоядерным синтезом.
Так же, как внутри ядерного реактора, атомы внутри ядра Солнца постоянно врезаются друг в друга. Чаще всего четыре протона водорода сливаются друг с другом, чтобы создать один атом гелия. Попутно в этом процессе крошечная часть массы в этих четырех микроскопических протонах «теряется», но поскольку Вселенная сохраняет материю, она не может просто так исчезнуть. Эта «потерянная» масса ежесекундно трансформируется в огромное количество энергии, которую и излучает Солнце. Мощность этого излучения составляет 3,9×10²⁶ Вт. Это настолько огромное количество энергии, оно больше, чем всё электричество на Земле, которое будет использоваться свыше нескольких сотен тысяч столетий.
Эффективность термоядерного синтеза является основной причиной того, что Солнце так долго излучает тепло. Энергия, выделяемая при превращении всего одного килограмма водорода в гелий, такая же, как при сжигании 20 000 тонн угля. Поскольку Солнце очень массивное и относительно молодое, ученые считают, что оно использовало только около половины своего производящего энергию водорода.
В конце концов, ядро Солнца преобразует весь внутренний водород в гелий, и наша звезда умрет. Но, это произойдет только через около пяти миллиардов лет.
Источник
Что так долго горит на Солнце, если там нет кислорода? 🕔 1 мин.
Что горит на Солнце? Некоторые думают (раньше так считали и ученые), что солнечный свет и тепло являются результатом горения каких-то веществ на Солнце. Однако поверхность Солнца остается горячей уже сотни миллионов лет, а так долго гореть не может ничто.
По мнению современных ученых, наше светило выделяет тепло в результате процессов, подобных тем, что происходят при получении атомной энергии или взрыве атомной бомбы, то есть Солнце превращает материю в энергию.
Если же сравнивать этот процесс с горением, то следует отметить, что при горении одна форма материи переходит в другую, а при переходе материи в энергию для производства огромного количества энергии необходимо минимальное количество материи.
Глядя на уютный и привычный жёлтый шарик на голубом небосводе, мы редко задумываемся, что он на самом деле из себя представляет. Солнце — это не жёлтая «лампочка» на небе, это невообразимо гигантский шар раскалённой плазмы, мчащийся с умопомрачительной скоростью сквозь Галактику.
Несколько интересных фактов о Солнце
Солнце состоит преимущественно из гелия и водорода, и не имеет твёрдой поверхности.
Солнце вращается вокруг своей оси, причём слои звёздного вещества на экваторе вращаются почти на треть быстрее, чем слои в полярных областях.
У Солнца, как и у любой звезды, есть своя атмосфера. Её верхняя граница уходит далеко за орбиту Плутона.
Масса Солнца составляет примерно 99,86 процентов от массы всей солнечной системы.
Гравитация Солнца примерно в двадцать восемь раз превышает гравитацию Земли.
Свет доходит от Солнца до Земли за восемь минут.
Температура солнечного ядра составляет примерно пятнадцать миллионов градусов. Температура на его поверхности составляет примерно пять с половиной тысяч градусов.
Примерно установленный возраст Солнца составляет 4,6 миллиарда лет.
Солнце проживёт ещё 4-5 миллиардов лет.
Магнитное поле Солнца всего лишь вдвое сильнее магнитного поля Земли.
На Солнце воды куда больше, чем на Земле. Существующие в виде пара молекулы воды сконцентрированы в основном в «солнечных пятнах» и в узком слое под поверхностью звезды.
Солнечное излучение смертельно опасно из-за сопутствующей ему радиации, но атмосфера Земли его блокирует.
Ватикан лишь в 1992 году публично признал, что Земля действительно вращается вокруг Солнца.
Солнце вращается вокруг центра Млечного Пути подобно тому, как Земля вращается вокруг Солнца. Период вращения Солнца вокруг центра нашей галактики составляет примерно 240 миллионов лет.
Солнечный ветер распространяется от Солнца со скоростью около 450 километров в секунду.
Энергия в солнечных недрах генерируется благодаря ядерному синтезу.
Каждую секунду Солнце сжигает около семисот миллионов тонн своего вещества.
Примерно через миллиард и сто миллионов лет яркость Солнца увеличится на десять процентов, что повлечёт за собой конец всякой жизни на Земле.
Когда Солнце превратится в красного гиганта, оно поглотит Меркурий и, возможно, Венеру, Землю и Марс.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
Источник
Солнце
Масса Солнца составляет 99,9% массы всей Солнечной системы. Основными элементами, из которого она состоит, являются водород (73%) и гелий (25%). Из других элементов можно назвать железо, никель, азот, кислород, сера, кремний, углерод, магний, кальций, хром, неон. Плотность звезды невелика – 1,4 г/см 3 , а тип её – жёлтый карлик. Если сравнивать Солнце с Землёй, то соотношение диаметра будет 109:1, массы 333 000:1, а объёма 1 300 000:1. Возраст нашего светила — 4,57 миллиард лет.
Положение Солнца в нашей галактике (Млечный Путь) достаточно окраинное. Звезда расположилась посередине спиральных ветвей Персея и Стрельца. В районе нашего проживания обстановка спокойна в течение сотен миллионов лет. Центр галактики расположен примерно в 26000 световых лет, и наше светило облетает вокруг него со скоростью 220 – 240 км/сек за 225 – 250 млн. лет. Расположение Солнечной системы именно в этом месте способствовали возникновению жизни на Земле. Если бы мы находились ближе к центру галактики, спокойствие нарушали бы близкие звёзды-соседки.
Строение
Поверхность
Видимая поверхность Солнца называется фотосферой. Ее толщина около 300 км. При сильном увеличении можно увидеть, что фотосфера имеет гранулированную структуру. Вещество на Солнце (газ) постоянно перемещается, и в областях, занимаемыми гранулами, оно поднимается к поверхности, а в промежутках между ними — опускается. 
Над фотосферой во время солнечных затмений можно увидеть солнечную атмосферу, состоящую из хромосферы (небольшого слоя красноватого цвета, прилегающего к видимой поверхности) и солнечной короны — разряженной и горячей внешней оболочки. Температура тут достигает до 1 500 000 градусов.
Солнечные пятна
Это тёмные области на Солнце, температура которых ниже, чем температура окружающего вещества фотосферы. Поэтому эти участки выглядят темнее, а самые большие пятна можно увидеть невооружённым глазом. На данный момент с видимой земле стороны пятна выглядят так:
Внутри Солнца
Дальше вглубь распространяется конвекционная зона — зона, в которой энергия за счет конвекции переносится от центра к более высоким слоям, будто бы перемешиваясь. От центра Солнца к конвекционной зоне энергия переносится излучением. Однако каждый фотон затрачивает миллионы лет для того, чтобы пройти эту зону: свет многократно поглощается веществом и излучается вновь. В центре располагается плотное и горячее ядро, в котором и происходят ядерные реакции. Около ядра температура достигает до 15 000 000 градусов! Про внутреннее строение солнца много интересного можно узнать в этой статье.
Солнечный ветер
Солнечный ветер — непрерывный поток плазмы солнечного происхождения, распространяющийся от атмосферы Солнца и заполняющий собой Солнечную систему. Из-за высокой температуры солнечной короны, давление вышележащих слоев не может уравновесить давление вещества короны. Это вещество и выбрасывается в пространство в виде солнечного ветра, распространяясь на расстояние до 100 а.е а.е. — астрономическая единица1 астрономическая единица = 149 597 871 километра. Это среднее расстояние от Земли до Солнца .
На рисунке пустое поле в центре закрывает пространство в 32 раза больше Солнца. Диаметр изображения — половина диаметра орбиты Меркурия. Точки за Солнцем — звёзды.
Почему светит Солнце
Свечение Солнца – результат выделения огромной энергии, выделяемой в результате протекания термоядерной реакции в её ядре. Вещества тратится мало, энергии выделяется много (в миллионы раз больше, чем при обычном горении).
Раньше считалось, что Солнце светит из-за горения элементов, входящих в его состав. Но по приблизительным подсчетам, даже грубым, оно не может «выгорать» миллиарды лет, Солнце должно было потухнуть совсем давно, растеряв массу, тем самым нарушив гравитационное равновесие в системе планет. Но Солнце светит уже миллиарды лет и не собирается гаснуть в ближайшее время.
Солнечное затмение
Солнечное затмение — астрономическое явление, при котором Луна закрывает полностью или частично Солнце от человека на Земле. Во время затмения можно наблюдать солнечную корону.
Как возникло Солнце
В составе Солнца присутствует достаточно много золота и урана. Эти элементы появлялись в в ядрах ранних звёзд, а распространение их происходило из-за взрывов сверхновых. По основной теории Солнце и солнечная система сформировались из газопылевого облака, которое как раз и являлось остатком взрыва сверхновой звезды.
Известны несколько двойников нашей звезды. Они аналогичны по массе, светимости, возрасту, и температуре. Это 18 Скорпиона, 37 Близнецов, Бета Гончих Псов, HD 44594 и HIP56948.
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