Внутреннее строение солнца
Внутреннее строение Солнца можно условно разделить на три зоны по характеру процессов, которые связаны с выделением и передачей энергии.
Солнечное ядро
Ядро – это центральная часть звезды. Оно имеет радиус 150 – 175 тыс. км, что составляет 20 – 25% солнечного радиуса. Ядро, по сути, является термоядерным реактором, ибо реакции такого типа в нём и происходят. Плотность ядра в 150 раз превышает плотность воды, а температура центра его больше 14 000 000° К. Скорость вращения звезды вокруг своей оси в ядре заметно выше, нежели на поверхности. Каждую секунду посредством термоядерной реакции в излучение обращаются 4,26 млн. тонн вещества. Но топлива солнечной кочегарки достаточно для нескольких миллиардов лет работы.
Зона лучистого переноса
В этой зоне перенос энергии происходит главным образом с помощью излучения и поглощения фотонов. При этом направление каждого конкретного фотона, излучённого слоем плазмы, никак не зависит от того, какие фотоны плазмой поглощались, поэтому он может как проникнуть в следующий слой плазмы в лучистой зоне, так и переместиться назад, в нижние слои. Из-за этого промежуток времени, за который многократно переизлучённый фотон (изначально возникший в ядре) достигает конвективной зоны, может измеряться миллионами лет. В среднем этот срок составляет для Солнца 170 тыс. лет
Конвективная зона
Следующую, внешнюю, область Солнца занимает конвективная зона. Ближе к поверхности Солнца температуры и плотности вещества уже недостаточно для полного переноса энергии путём переизлучения. Возникает вихревое перемешивание плазмы, и перенос энергии к поверхности (фотосфере) совершается преимущественно движениями самого вещества.
С одной стороны, вещество фотосферы, охлаждаясь на поверхности, погружается вглубь конвективной зоны. С другой стороны, вещество в нижней части получает излучение из зоны лучевого переноса и поднимается наверх, причём оба процесса идут со значительной скоростью. Такой способ передачи энергии называется конвекцией, а подповерхностный слой Солнца толщиной примерно 200 000 км, где она происходит, — конвективной зоной. По мере приближения к поверхности температура падает в среднем до 5800 К, а плотность газа до менее 1/1000 плотности земного воздуха.
Источник
Строение Солнца. 1. Внутреннее
По современным представлениям, Солнце состоит из ряда концентрических сфер, или областей, каждая из которых обладает специфическими особенностями. Схематический разрез Солнца показывает его внешние особенности вместе с гипотетическим внутренним строением. Энергия, освобождаемая термоядерными реакциями в ядре Солнца, постепенно прокладывает путь к видимой поверхности светила. Она переносится посредством процессов, в ходе которых атомы поглощают, переизлучают и рассеивают излучение, т.е. лучевым способом. Пройдя около 80 процентов пути от ядра к поверхности, газ становится неустойчивым, и дальше энергия переносится уже конвекцией к видимой поверхности Солнца и в его атмосферу.
Внутреннее строение Солнца
Внутреннее строение Солнца слоистое, или оболочечное, оно состоит из ряда сфер, или областей. В центре находится 1.ядро, затем 2.область лучевого переноса энергии, далее 3.конвективная зона и, наконец, 4.атмосфера. К ней ряд исследователей относят три внешние области: 4а.фотосферу, 4б.хромосферу и 4с.корону. Правда, другие астрономы к солнечной атмосфере относят только хромосферу и корону. Остановимся кратко на особенностях названных сфер.
1.Ядро — центральная часть Солнца со сверхвысоким давлением и температурой, обеспечивающими течение ядерных реакций. Они выделяют огромное количество электромагнитной энергии в предельно коротких диапазонах волн.
2.Область лучистого переноса энергии — находится над ядром. Она образована практически неподвижным и невидимым сверхвысокотемпературным газом. Передача через нее энергии, генерируемой в ядре, к внешним сферам Солнца осуществляется лучевым способом, без перемещения газа. Этот процесс надо представлять себе примерно так. Из ядра в область лучевого переноса энергия поступает в предельно коротковолновых диапазонах — гамма излучения, а уходит в более длинноволновом рентгеновском, что связано с понижением температуры газа к периферической зоне.
3.Конвективная область Солнца
Конвективная область — располагается над предыдущей. Она образована также невидимым раскаленным газом, находящимся в состоянии конвективного перемешивания. Перемешивание обусловлено положением области между двумя средами, резко различающимися по господствующим в них давлению и температуре. Перенос тепла из солнечных недр к поверхности происходит в результате локальных поднятий сильно нагретых масс воздуха, находящихся под высоким давлением, к периферии светила, где температура газа меньше и где начинается световой диапазон излучения Солнца. Толщина конвективной области оценивается приблизительно в 1/10 часть солнечного радиуса.
Источник
Внутреннее строение Солнца
Солнце как звезда главной последовательности
Как известно из курса физики в 11 классе, звезды образуются в результате гравитационного сжатия облаков межзвездного газа. Наиболее распространенным элементом во Вселенной является водород, поэтому Солнце, как и все остальные звезды, в момент образования состояло в основном из водорода.
Рис. 1. Распространенность элементов во Вселенной.
По мере гравитационного сжатия плотность Солнца возрастала, температура в ядре тоже. Этот процесс продолжался до тех пор, пока кинетической энергии ядер водорода в центре Солнца не стало хватать для сливания в ядра гелия. Такой процесс начинается, когда температура достигает миллионов кельвинов, и он проходит с большим выделением энергии, поэтому после «зажигания» реакции сливания ядер водорода в ядра гелия звезда начинает светиться. Кроме того, появляется сила, которая уравновешивает силу гравитации. Звезда приходит в состояние гидростатического равновесия, занимает свое место на диаграмме Герцшпрунга — Рассела, и находится там некоторое количество времени. Для Солнца этот период составляет 8–10 млрд лет. И в данный момент половина этого периода уже пройдена.
Рис. 2. Жизненный цикл Солнца.
Строение Солнца
Итак, Солнце — это огромный шар из водорода, образовавшийся в результате гравитационного сжатия. Температура на поверхности солнца — около 6000 К. Тело, нагретое до такой температуры, начинает светиться, причем максимум излучения приходится на желто-зеленую часть спектра.
Энергия, требующаяся для поддержания такой температуры, производится в центре Солнца в результате термоядерных реакций. В настоящее время построена достаточно точная модель Солнца, и расчеты показывают, что температура в его центре достигает $1.5×10^7K$, а плотность составляет $1.5×10^5$ килограмм на кубический метр (средняя плотность Солнца в сто раз меньше). В таких условиях ядра водорода сливаются в ядра гелия. Поэтому в центре Солнца со временем процент гелия увеличивается.
По мере удаления от центра плотность и температура падают, и на расстоянии приблизительно 0,3 радиуса Солнца их уже не хватает для поддержания термоядерной реакции. Эта величина и принята за размер солнечного ядра.
Вся энергия, выработанная в ядре, переносится к поверхности Солнца. Происходить это может двумя способами: путем излучения и путем конвекции (перемешивания слоев газа различной температуры).
Внутреннее строение Солнца таково, что в зоне близко к ядру вещество имеет слишком большую плотность, и перемешивание здесь затруднено. Поэтому на расстояниях 0,3–0,7 солнечного радиуса энергия переносится в основном излучением, а далее — в основном конвекцией.
Рис. 3. Внутреннее строение Солнца.
То есть кванты энергии, выделившиеся в ядре, начинают движение к поверхности Солнца. Они многократно сталкиваются с ядрами водорода и электронами, поглощаются и снова переизлучаются, доходят до зоны конвективного переноса, где энергия в основном переносится уже тепловым движением ядер и электронов, и, наконец, на поверхности энергия снова выделяется в виде излучения.
Весь путь квантов энергии от выделения в ядре до излучения на поверхности занимает в среднем 10 млн лет. Поэтому энергия, которая греет Землю сейчас, была выработана в ядре Солнца еще тогда, когда не существовало не только человека, но даже человекообразных обезьян: первые из них появились 6,5 млн лет назад.
Что мы узнали?
Солнце — это огромный шар, состоящий из водорода. В центре температура и давление настолько высоки, что там идут термоядерные реакции превращения водорода в гелий. Энергия, выделившаяся при этом, постепенно выходит на поверхность Солнца, сперва в основном с помощью излучения атомов водорода, а ближе к поверхности — путем конвекции.
Источник
Описание, состав и внутреннее строение Солнца
Издревле Солнце вызывало восторг у людей во всем мире. Не случайно в самых разных уголках нашей планеты существовали, а кое-где существуют и поныне солярные мифы и культы, которым в той или иной степени свойственно почитание Солнца. Они играли важную роль в религии египтян, индейцев, индийцев, а также, по мнению некоторых ученых, в славянских религиях. Еще не имея оборудования, которым располагают современные ученые, и не подозревая о том, каково внутреннее строение Солнца, наши предки понимали, что оно — источник жизни на Земле.
Солнце — одна из звезд Млечного Пути, единственная звезда в Солнечной системе. По спектральной классификации оно относится к классу желтых карликов. Солнце — не очень горячая и сравнительно небольшая звезда, но относительно Земли ее размеры огромны. Во всех точках Солнца всегда поддерживается равновесие гравитации и давления газа. Эти силы действуют в противоположных друг другу направлениях. Таким образом, благодаря их оптимальному соотношению Солнце остается достаточно стабильным астрономическим телом. Состав и внутреннее строение Солнца в данный момент достаточно хорошо изучены.
Состав Солнца
Солнце содержит приблизительно 75 % водорода и 25 % гелия по массе (92,1 % водорода и 7,8 % гелия по количеству атомов). Другие элементы (кремний, кислород, азот, сера, магний, кальций, хром, железо, никель, углерод и неон) составляют лишь 0,1 % от общей массы.
Ученые долго пытались составить представление о составе и внутреннем строении Солнца, используя такие методы астрономии, как наблюдение, спектроскопия, теоретический анализ и т.д. В результате они пришли к заключению, что благодаря взрыву родилась звезда, состоящая преимущественно из гелия и водорода. Их соотношение изменчиво, потому что в глубине Солнца водород преобразуется в гелий из-за постоянного процесса ядерного синтеза. Запуск этого процесса невозможен без крайне высокой температуры и большой массы небесного тела.
Внутреннее строение Солнца
Солнце является сферическим телом, находящимся в равновесии. На равных расстояниях от центра физические показатели везде одинаковы, но они неуклонно меняются, если двигаться от центра к условной поверхности. Солнце имеет несколько слоев, и их температура тем выше, чем они ближе к середине. Нельзя не упомянуть, что гелий и водород в разных слоях имеет разные характеристики.
Солнечное ядро
Ядро — центральная часть Солнца. Экспериментальным путем установлено, что солнечное ядро по размеру составляет примерно 25 % от всего радиуса Солнца и состоит из сильно сжатого вещества. Масса ядра — почти половина от общей массы Солнца. Условия в сердцевине нашего светила экстремальные. Температура и давление достигают там максимальных показателей: температура ядра составляет примерно 14 млн К, а давление в нем достигает 250 млрд атм. Газ в солнечном ядре более чем в 150 раз плотнее воды. Это именно то место, где протекает термоядерная реакция, сопровождаемая выделением энергии. Водород превращается в гелий, а вместе с ним появляются свет и тепло, которые затем доходят до нашей планеты и дают ей жизнь.
На расстоянии от ядра более 30 % радиуса температура становится менее 5 млн градусов, поэтому ядерные реакции там уже почти не происходят.
Зона лучистого переноса
Зона лучистого переноса расположена у границы ядра. Предположительно она занимает около 70 % всего радиуса звезды и состоит из горячего вещества, через которое тепловая энергия передается от ядра к внешнему слою.
В результате термоядерной реакции, протекающей в солнечном ядре, образуются различные радиационные фотоны. Пройдя сквозь зону лучистого переноса и все последующие слои, они выбрасываются в космос и блуждают по там вместе с солнечным ветром, доходящим от Солнца до Земли всего за 8 минут. Ученым удалось установить, что на преодоление этой зоны фотонам требуется приблизительно 200 000 лет.
Зона лучистого переноса есть не только у Солнца, но и у других звезд. Ее величина и сила зависят от размера звезды.
Конвективная зона
Зона конвекции — последняя во внутреннем строении Солнца и других подобных ему звезд. Она расположена снаружи зоны лучистого переноса и занимает последние 20 % от радиуса Солнца (около трети от объема звезды). Энергия в ней передается конвекцией. Конвекция — это передача тепла струями и потоками, посредством активного перемешивания. Этот процесс напоминает кипение воды. Потоки горячего газа перемещаются к поверхности и отдают тепло наружу, а остывший газ устремляется обратно, вглубь Солнца, благодаря чему реакция ядерного синтеза продолжается. По мере приближения к поверхности температура вещества в конвективной зоне падает до 5800 К. Конвективная зона, как и зона лучистого переноса, есть почти у всех звезд.
Все вышеперечисленные слои Солнца не наблюдаемы.
Атмосфера Солнца
Над конвективной зоной расположено несколько наблюдаемых слоев Солнца — атмосфера. Ее химический состав определяется методом спектрального анализа. Внутреннее строение атмосферы Солнца включает три слоя: фотосферы (в переводе с греческого — «световой сферы»), хромосферы («окрашенной сферы») и короны. Именно в последних двух слоях возникают магнитные вспышки.
Фотосфера
Фотосфера — единственный видимый с нашей планеты слой Солнца. Температура фотосферы — 6000 К. Она светится бело-желтым светом. Именно середина этого слоя и считается условной поверхностью Солнца и используется для расчета расстояний, то есть отсчета высоты и глубины.
Толщина фотосферы — около 700 км, она состоит из газа и испускает доходящее до Земли солнечное излучение. Верхние слои фотосферы более холодные и разряженные, чем нижние. Волны, возникающие в конвективной зоне и фотосфере, передают механическую энергию вышележащим областям и нагревают их. Вследствие этого верхняя часть фотосферы является самой холодной — около 4500 К. С обеих сторон от них температура быстро повышается.
Хромосфера
Хромосфера — следующая за фотосферой, сильно разреженная воздушная оболочка Солнца, состоящая преимущественно из водорода. В связи с ее необычайной яркостью ее можно увидеть лишь при полном солнечном затмении. Слово «хромосфера» в переводе с греческого означает «окрашенная сфера». Когда Луна заслоняет Солнце, хромосфера благодаря присутствию водорода становится розоватой. Этот слой холоднее предыдущего, поскольку его плотность ниже. Температура газов в верхних слоях хромосферы составляет 50 000 К.
На высоте 12 000 км над фотосферой линия спектра водорода становится неразличимой. Немного выше зафиксированы следы кальция. Его линия спектра кончается еще через 2 000 км. Чем дальше от поверхности Солнца, тем газ горячее и более разряжен.
Корона
Над высотой в 14 000 км над фотосферой начинается корона — третья внешняя оболочка Солнца. Корона состоит из энергетических извержений и протуберанцев — особых плазменных образований. Ее температура варьируется от 1 до 20 млн К, имеются также корональные дыры с температурой 600 тыс. К, откуда исходит солнечный ветер. Начиная от нижней части, температура растет, а на высоте 70 000 км от поверхности Солнца начинает снижаться.
Верхняя граница короны пока не установлена, как и точная причина необычно высокой температуры. Как и хромосфера, солнечная корона тоже видна только во время затмений или при использовании специального оборудования. Солнечная корона является мощным источником постоянного рентгеновского и ультрафиолетового излучения.
На сегодняшний день человечеству довольно много известно о внутреннем строении Солнца и о процессах, происходящих в нем. Прояснению их природы во многом способствовал технический прогресс. Благодаря получению знаний о Солнце можно составить представление и о других звездах. Но поскольку наблюдать за Солнцем можно только издалека, у него осталось еще немало неразгаданных тайн.
Источник