СОЛНЕЧНАЯ СЕМЕЙКА
Доктор педагогических наук Е. ЛЕВИТАН.
Гелиоцентрическая система Коперника
Солнце по-гречески называется Гелиос. Греки считали, что Гелиос живёт на востоке в прекрасном дворце, окружённом временами года — летом, зимой, весной и осенью. Когда утром Гелиос выезжает из своего дворца, звёзды гаснут, ночь сменяется днём. Звёзды вновь появляются на небе, когда вечером Гелиос исчезает на западе, где он пересаживается из колесницы в прекрасную лодку и переплывает море к месту восхода.
В Древней Руси тоже поклонялись богу Солнца. Его называли Ярило и в честь него каждый год весной устраивали празднества и гулянья.
На протяжении очень долгого времени люди считали, что в центре Вселенной покоится неподвижная Земля, а вокруг неё движутся все небесные тела, включая Солнце. (Такая модель называется геоцентрической: греческое слово «geo» означает «Земля».) У астрономов возникала масса трудностей в изучении движения звёзд и планет. Получалось, что они движутся по замысловатым траекториям, выделывая сложные петли и зигзаги. Но вот наконец в XVI веке польский астроном Николай Коперник разработал гелиоцентрическую систему мира. В её основе лежали следующие утверждения:
• в центре мира находится не Земля, а Солнце;
• Земля вращается вокруг своей оси;
• Земля, как и все другие планеты, обращается вокруг Солнца по окружности.
С открытием Коперника всё встало на свои места: стало понятно, как движутся планеты вокруг Солнца, и нашло объяснение видимое движение Солнца среди звёзд.
Солнце удерживает своим притяжением планеты и их спутники, астероиды, метеориты и прочие тела, которые вращаются вокруг него в одном направлении по эллиптическим орбитам. Самой большой угловой скоростью обладает ближайшая к Солнцу планета Меркурий — она совершает полный оборот вокруг Солнца всего за 88 земных суток; самая удалённая планета Нептун — за 165 лет. Между ними расположились Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн и Уран.
Плутон, открытый в 1930 году, считался планетой до 24 августа 2006 года. В тот день на основании результатов по-следних исследований Международный астрономический союз лишил его этого статуса.
Почему Солнце всходит и заходит?
Земля — третья планета Солнечной системы — совершает полный оборот вокруг Солнца, как известно, за 365 дней. Два раза в году — 21 марта и 23 сентября — Солнце восходит точно на востоке и заходит точно на западе, а день равен ночи (ровно по 12 часов). 21 марта называется днём весеннего равноденствия (начало астрономической весны). 23 сентября — день осеннего равноденствия (начало астрономической осени).
А когда же начинаются астрономические зима и лето? Зима — 22 декабря (самый короткий день зимнего солнцестояния), а лето — 22 июня (самый длинный день летнего солнцестояния). В эти дни Солнце, конечно, не восходит точно на востоке и не заходит точно на западе. Оно появляется летом на северо-востоке, а зимой — на юго-востоке; заходит летом — на северо-западе, а зимой — на юго-западе. Так Солнце прогуливается по небу каждый день на протяжении нескольких миллиардов лет!
Гномон и световая астрономическая линейка
Первым астрономическим инструментом для наблюдений за Солнцем была обыкновенная палка. Ею пользовались когда-то древние астрономы. Палка — инструмент, конечно, очень простой, но если воткнуть её вертикально в землю, то можно наблюдать за тенью, которую она отбрасывает, когда освещается Солнцем. В астрономии её называют «гномон». Чем выше поднимается Солнце, тем короче тень от гномона. Самая короткая тень бывает в полдень, когда Солнце находится на юге, в наиболее высокой точке своего пути.
Люди придумали разные способы, с помощью которых можно определить расстояние до небесных тел — Луны, Солнца, звёзд. Для этого потребовались и математика, и очень точные измерительные приборы, и многое другое. Но самым главным помощником в определении расстояния до звёзд и планет стал световой луч. Проворнее луча нет ничего, только он может за одну секунду пролететь целых 300 тысяч километров. Например, световой луч от Солнца достигает Земли за 8 минут 20 секунд и пролетает за это время почти 150 миллионов километров — именно на таком расстоянии от Солнца находится наша Земля.
Вообразить себе 150 миллионов километров очень трудно, в обычной жизни людям с такими расстояниями не приходится иметь дело. Если человек отправляется из Москвы в Санкт-Петербург, ему предстоит проехать или пролететь всего около 700 километров. Тысячи километров отделяют Москву от Владивостока. Десятки тысяч километров потребуется преодолеть, чтобы совершить кругосветное путешествие. Конечно, быстрее всех Землю облетали космонавты. Например, Юрий Алексеевич Гагарин — первый в мире космонавт — облетел Землю за 108 минут с первой космической скоростью — 8 км/с. А до Солнца даже при второй космической скорости — 11,2 км/с — пришлось бы лететь несколько месяцев.
Когда люди узнали, на каком расстоянии от Земли находится Солнце, они поняли, что оно очень большое. С чем же сравнить Солнце, чтобы понять, как оно велико? Наверное, лучше всего — с Землёй, на которой мы живём. Попробуем вообразить себе большущий пустой шар такой величины, как Солнце, и много «маленьких» шариков размером с Землю. Сколько же «маленьких» шариков поместится в одном большом? Оказывается, 1 миллион 300 тысяч! Диаметр Земли — 12 756,2 километра, а Солнца — в 109 тысяч раз больше. В Солнце сосредоточено около 99,8 процента массы всех тел Солнечной системы, вместе взятых, — это приблизительно 2 • 10 27 тонн.
Почему Солнце светит и греет?
Мы бы не могли существовать, если бы Солнце вдруг перестало светить и греть. На Земле стало бы так холодно, что замёрзла бы не только вода в реках, морях и океанах, но даже и воздух, которым дышат люди, животные и растения. Солнечное излучение поддерживает жизнь на Земле, влияет на погоду и климат, участвует в фотосинтезе.
А светит и греет Солнце потому, что оно очень горячее: у поверхности — почти 6 тысяч градусов, а в центре — 15 миллионов градусов. При такой температуре железо и другие металлы не просто плавятся, а превращаются в раскалённые газы. Значит, Солнце — огромный, массивный шар, состоящий из раскалённого газа. На самом деле на Солнце не могут существовать даже крохотные частички — атомы, из которых вообще состоит всё живое и неживое в природе. Атомы, очень прочные на Земле, на Солнце расщепляются на ещё более мелкие частицы. Каждую секунду в энергию превращается 4,26 миллиона тонн солнечного вещества, но это ничтожное количество по сравнению с массой Солнца. Даже на огромном расстоянии Солнце может растопить льды, поднять температуру воды в реках и морях, согреть или остудить Землю — оно может всё!
Солнце обладает сильнейшим магнитным полем. Изменение магнитного поля — его называют солнечной активностью — вызывает разные эффекты: солнечные пятна, вспышки, солнечный ветер, выбросы в виде протуберанцев — гигантских фонтанов раскалённого газа, которые поднимаются и удерживаются над поверхностью Солнца магнитным полем. Протуберанцы могут достигать в высоту 600 тысяч километров — это примерно в 50 раз больше диаметра Земли, а в ширину — 20 тысяч километров. Таким образом, объём среднего протуберанца в 100 раз больше объёма Земли, но, так как он состоит из разреженных газов, его масса очень мала.
Временами на поверхности Солнца появляются пятна. Их так и называют — «солнечные пятна». Они состоят из газа, но не такого горячего, как само светило. Температура Солнца у поверхности, если вы помните, 6 тысяч градусов, в пятнах —4 или 5 тысяч градусов. Оттого что пятна холоднее, мы видим их более тёмными. Сейчас известно, что пятна — области выхода в атмосферу наиболее сильных магнитных полей.
Ещё у нашего светила есть солнечная корона — внешний слой солнечной атмосферы. Корона состоит из поднимающегося из глубин Солнца раскалённого газа и плазмы и является источником сильного радиоизлучения. Из-за хаотичного изменения плотности, температуры и скорости выбрасываемого вещества возникают ударные волны. Структура короны постоянно меняется. Астрономы в специальные солнечные телескопы наблюдают, как под действием магнитного поля в короне возникают очень красивые фигуры — их называют «лучи», «перья», «опахала», «арки», «петли». Только не пытайтесь смотреть на Солнце в простой бинокль или телескоп — можно ослепнуть. На солнечных телескопах — их называют «внезатменные коронографы» — стоят специальные фильтры, смотреть в них неопасно.
Вокруг солнечной короны «дует» солнечный ветер. Он представляет собой поток ионизированных частиц, в основном гелиево-водородной плазмы, истекающий из короны со скоростью более 1000 км/с в окружающее космическое пространство. Такие нешуточные «бури» и «тайфуны» бушуют вокруг Солнца, не затихая ни на минуту. С солнечным ветром связано много природных явлений на Земле — это, например, полярные сияния и магнитные бури, заставляющие стрелку компаса беспорядочно колебаться.
Каким же образом внутри Солнца всё время поддерживается температура в миллионы градусов? Это очень сложный и важный вопрос, над которым долго размышляли многие астрономы и физики. Сейчас почти все они не сомневаются в том, что в центральной части Солнца идут термоядерные реакции, в результате которых водород превращается в гелий. Причём плотность вещества там в 150 раз больше плотности воды и в 7 раз больше плотности самого тяжёлого металла на Земле — осмия. Такой необыкновенный «костёр» пылает внутри Солнца миллиарды лет и будет пылать ещё по крайней мере столько же. И пока он там пылает, Солнце будет посылать свет и тепло каждому из нас и всему живому на Земле.
Источник
Почему Солнце светит и греет?
Солнце находится на расстоянии 150 миллионов километров от Земли. Несмотря на такую в буквальном смысле слова космическую дистанцию, все жизненно важные процессы на нашей планете зависят именно от Солнца.
Это небесное тело – источник света и тепла на Земле.
Что такое Солнце?
По своей структуре Солнце представляет собой огромный газовый шар, внутри и на поверхности которого уже на протяжении миллиардов лет сохраняется предельно высокая температура. На Солнце постоянно происходит процесс преобразования водорода в гелий.
Этот процесс ученые называют термоядерной реакцией. Водород составляет 74% от массы солнечного ядра, гелий – 25% от этой массы. При преобразовании одного химического элемента в другой частички водорода объединяются в более тяжелые частички, и одновременно высвобождается большое количество энергии в виде тепла и света.
Как происходит термоядерная реакция?
Из-за высокой температуры частицы газов на Солнце – ядра атомов и свободные электроны – движутся с сумасшедшей скоростью. В каждом ядре атома есть частицы, называемые протонами и нейтронами. Протоны имеют положительный электрический заряд, нейтроны же заряда не имеют.
Атомы различных элементов отличают друг от друга по количеству протонов и нейтронов, которые служат своеобразными «кирпичиками» для построения. В каждом ядре атома водорода содержится один протон, в атоме гелия – два протона и два нейтрона.
Когда четыре ядра водорода соединяются вместе, они образуют одно ядро гелия, фотоны и прочие мелкие частицы. Именно фотоны и представляют собой свет, разлетающийся во все стороны.
По подсчетам ученых, каждую секунду в солнечном ядре в лучистую энергию превращается около четырех миллионов тонн вещества. Эта энергия рассеивается в космосе и достигает Земли.
Стоит отметить, что вблизи солнечного ядра температура составляет около 14-ти миллионов градусов, а мощность излучения, доходящего до нашей планеты, составляет приблизительно 1000 ватт на квадратный метр поверхности.
Почему зимой Солнце не греет так, как летом?
Эффективность воздействия солнечного света на Землю зависит от того, как долго длится световой день, каково состояние атмосферы и под каким углом падают на Землю солнечные лучи. Имеет значение и теплоемкость земной поверхности.
Летом Солнце поднимается высоко, его лучи падают на Землю почти вертикально, и нагрев происходит быстрее. Зимой Солнце стоит низко над горизонтом, его лучи проходят по касательной, и тепло на Земле ощущается гораздо слабее.
Лучам Солнца зимой приходится проникать через более плотный слой атмосферы, и это значительно тормозит процесс нагрева земной поверхности.
Жаркий август и суровый февраль
С углом наклона лучей солнца и прогревом Земли связано и то, что август в средних широтах становится предельно жарким месяцем лета, а февраль – самым суровым месяцем зимы. Вода и земля не нагреваются мгновенно, а удерживают накопленное тепло. В июне и июле Солнце поднимается над Землей на предельную высоту, и тепло глубоко внедряется в поверхность.
Накопленное тепло июня и июля сохраняется, плюс к нему добавляется тепло августа. Аналогичным образом происходит и обратный процесс: остывшая за декабрь и январь земля в феврале имеет предельно низкую температуру.
Многие периодически задаются вопросом: что произойдет, когда потухнет Солнце? Ученые отвечают: в скором будущем такого поворота опасаться не стоит. Солнце может потухнуть только после того, как растратит весь имеющийся на нем водород, и процесс его трансформации в гелий прекратится.
Но за все время существования Солнечной системы в гелий превратилось меньше половины имеющегося на Солнце водорода. А значит, Солнце будет светить и греть еще очень долго.
Источник
Солнечные лучи и земля
Земля нагревается от солнца. Но почему зимою у нас бывает холодно даже в солнечные дни? Всякий скажет, отчего у нас летом теплее, чем зимою. Во-первых, летом солнце греет жарче, чем зимою.Во-вторых, летом солнце каждый день греет нас дольше, чем зимою, так как летние дни у нас гораздо длиннее зимних. А ведь солнце светит и греет целый день; хотя в пасмурные дни мы не видим солнца на небе и не чувствуем его жарких лучей, но и тогда солнце есть на небе, оно светит и греет; только само оно скрыто за облаками и туманом.
Не совсем понятно, однако, отчего же летом солнце греет жарче, чем зимою. Чтобы обьяснить себе это, надо припомнить, как греет солнце в разное время дня.
Солнце греет всего жарче среди дня, когда оно стоит высоко на небе.Наоборот, солнце очень слабо греет ранним утром, когда оно только что взошло и стоит ещё невысоко над землёй; мало греет солнце и вечером, когда оно готово закатиться.
Стало быть, дело тут в высоте солнца: чем выше стоит солнце, тем сильнее оно греет. В самом деле, когда солнце стоит высоко над нами и светит сверху, как в полдень, тогда его жаркие лучи ударяют прямо в землю; они обливают нас, словно дождь. А когда солнце стоит на небе низко, вровень с землёю, как при восходе или при закате, тогда лучи от солнца идут полого, не ударяют в землю , а пролетают поверх земли, так что сколько солнце не даёт тепла, почти всё это тепло идёт мимо нас.
Посмотрим теперь, что бывает у нас зимою и летом. Зимою, в декабре месяце, солнце у нас восходит поздно, а закатывается рано. А летом, в июне, солнце у нас восходит очень рано, а закатывается поздно вечером: оно светит и греет летом почти втрое дольше, чем зимой.
По одной этой причине земля у нас в летний день должна получать от солнца больше тепла, чем в зимний день.
Но мало этого. Летом солнце поднимается над землёй гораздо выше, чем зимой. Поэтому и жарких лучей от него на землю падает больше.
Но откуда зимою берётся такой страшный холод, что руки замерзают, а вместо дождя идёт снег? Для этого вспомним, что бывает в летние ночи? Лишь только зайдёт солнце, земля холодеет, на траву садится свежая роса, а утром, перед самым восходом солнца, чувствуется уже заметный холодок. В августе месяце, когда ночи становятся подольше, к утру бывают даже морозцы, так что земля и трава покрываются мёрзлым инеем.
Значит, земля сильно остывает по ночам, и чем дольше ночь, тем сильнее земля остывает к утру.
Зимою ночи гораздо длиннее, чем летом. Ещё осенью, в сентябре месяце, ночь сравнивается с днём. С сентября по декабрь ночи становятся всё длиннее, а дни короче. В начале декабря ночи самые длинные. Они в два раза длиннее дня. В долгие зимние ночи земля стынет всё больше и больше, холод всё усиливается; и вот в январе у нас наступают самые жестокие, крещенские морозы.
Источник