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
Почему в космосе темно? Причины явления
Одна из астрономических загадок, над которыми ученые ведут споры не одно тысячелетие, — почему в космосе всегда темно.
Известный специалист Томас Диггс, чьи годы жизни пришлись на XVI век, утверждал, что Вселенная бессмертна и бесконечна, в ее пространствах существует множество звезд, регулярно появляются новые. Но если верить этой теории, то в любое время суток небо должно быть ослепительно-ярким от их света. А в действительности все совершенно наоборот: днем все освещает одно солнце, а ночью небо темное, с еле заметными невооруженному взгляду точками звезд. Почему так происходит?
Почему солнце не может осветить космос?
Любой человек может увидеть солнце, которое днем освещает весь небосвод и окружающие предметы действительности. Но если бы мы могли просто так подняться на несколько тысяч километров вверх, то заметили все сильнее сгущающуюся темноту и яркие вспышки далеких звезд. И тут встает вполне закономерный вопрос: если Солнце светит, почему в космосе темно?
Опытные физики давно нашли ответ на этот вопрос. Весь секрет в том, что Землю окружает атмосфера, наполненная молекулами кислорода. Они отражают направленный в их сторону солнечный свет, действуя как миллиарды миниатюрных зеркал. Подобный эффект создает впечатление голубого неба над головой.
В космическом пространстве слишком мало кислорода, чтобы отражать свет даже от самого близкого источника, поэтому как бы сильно ни светило Солнце, его будет окружать пугающая черная мгла.
Парадокс Ольберса
Диггс размышлял о небе, покрытом бесконечным количеством звезд. Он был уверен в своей теории, но его сбивало с толку одно: если на небе множество звезд, которые никогда не заканчиваются, то оно должно быть очень ярким в любое время дня и ночи. В любом месте, куда падает человеческий взгляд, должна быть очередная звезда, но все происходит с точностью до наоборот. Этого он не понимал.
После его смерти об этом временно забыли. В XIX веке, при жизни астронома Вильгельма Ольберса, об этой загадке опять вспомнили. Его настолько взволновала эта проблема, что вопрос о том, почему в космосе темно, если светят звезды, назвали парадоксом Ольберса. Он нашел несколько возможных ответов на этот вопрос, но в конце концов остановился на той версии, которая говорила о пыли в космическом пространстве, которая плотным облаком закрывает свет большинства звезд, поэтому они не видны с поверхности Земли.
После смерти астронома ученые узнали, что от поверхности звезд отходят мощные излучения энергии, которые могут нагреть температуру окружающей пыли до такой степени, что она начнет светиться. То есть облака не могут стать помехой для звездного света. Парадокс Ольберса получил вторую жизнь.
Исследователи космических пространств пытались его изучить, предлагая другие варианты ответа на животрепещущий вопрос. Наиболее популярной была версия о зависимости звездного света от расположения его носителя: чем дальше звезда, тем слабее излучение от нее. Этот вариант не получил продолжения, так как звезд бесконечное множество, от них должно быть достаточно света.
Но каждую ночь небо темнеет. Другое поколение астрономов доказало, что Диггс и Ольберс ошибались в своих предположениях. Эдвард Гаррисон, известный исследователь космических явлений, стал создателем книги «Ночная тьма: загадка Вселенной». Он заложил в нее другую теорию, которой придерживаются по сегодняшний день. Если верить ей, то звезд не хватает для постоянного освещения ночного неба. На самом деле их ограниченное количество, они имеют свойство кончаться, как и наша Вселенная.
Бесконечное количество звезд — миф или реальность?
Существует математическая теорема: если взглянуть на вещество с ненулевой плотностью, которое находится в безграничном космическом пространстве, то в любом случае его можно увидеть через определенное расстояние. В том случае, когда космос бесконечен и наполнен звездами, взгляд, направленный в любую сторону, должен видеть очередную звезду.
Из этой же теоремы можно сделать вывод, что свет от звезд будет направлен во все стороны и достигнет земной поверхности независимо от их расположения. То есть безграничная Вселенная, наполненная постоянно сверкающими звездами, имела бы яркое небо в любое время суток.
Роль Большого Взрыва
На первый взгляд кажется, что подобная теория не находит подтверждения в реальной жизни. Человек не может увидеть все галактики с земной поверхности даже с помощью специальных приспособлений. Чтобы подтвердить их существование, ему пришлось выйти в космос, отдалившись от родной планеты на определенное расстояние.
Но ученые имеют свое мнение, которое основывается на Большом Взрыве — именно после него началось формирование планет. Да, за пределами Земли есть множество галактик и отдельных звезд, но их свет еще не достиг нас, так как с момента взрыва с астрономической точки зрения прошло не так много времени. Из этого следует, что процесс развития Вселенной еще не закончен, и космические процессы могут влиять на расстояние между планетами, отдаляя момент, когда их свет будет виден с земной поверхности.
Астрофизики считают, что причина Большого Взрыва в том, что в прошлом у Вселенной была более высокая температура и плотность. После взрыва показатели начали падать, что позволило запустить процесс формирования звезд и галактик, поэтому сегодня их не удивляет тот факт, почему в космосе темно и холодно.
Телескоп как способ увидеть прошлое звезд
Любой наблюдатель, находящийся на земной поверхности, может увидеть звездный свет. Но мало кто знает, что звезда послала нам этот свет в далеком прошлом.
Для примера можно вспомнить Андромеду. Если отправиться к ней с Земли, то путешествие займет 2 300 000 световых лет. Значит, свет, который она излучает, добирается до нашей планеты за этот промежуток времени. То есть мы видим эту галактику такой, какой она была два с лишним миллиона лет назад. И если вдруг в космическом пространстве произойдет катастрофа, которая уничтожит ее, то мы об этом узнаем через такой же промежуток времени. Кстати, свет Солнца доходит до поверхности земли через 8 минут после начала пути.
Современный процесс развития технологий затронул телескопы, позволяя сделать их более мощными, чем первые экземпляры. Благодаря этому свойству люди видят свет от звезд, который начал идти к Земле практически десяток миллиардов лет назад. Если вспомнить возраст Вселенной, составляющий 15 миллиардов лет, то цифра производит неизгладимое впечатление.
Настоящий цвет космоса
Только узкий круг специалистов знает о том, что с помощью электромагнитных приборов можно увидеть совершенно другие оттенки космоса. Все небесные тела и астрономические явления, включая вспышки сверхновых звезд и моменты удара друг о друга облаков, состоящих из газа и пыли, излучают яркие волны, которые могут уловить специальные устройства. Наши глаза не приспособлены для таких действий, поэтому людей удивляет, почему в космосе темно.
Если дать людям возможность видеть электромагнитный фон окружающей среды, то они бы увидели, что даже темное небо очень яркое и богатое на цвета — на самом деле черного пространства нигде нет. Парадокс в том, что в этом случае у человечества не появилось бы желания исследовать космическое пространство, и современные знания о планетах и далеких галактиках так и остались бы неизученными.
Источник