Вот почему атмосфера Солнца в сотни раз горячее его поверхности
Видимая поверхность Солнца, или фотосфера, имеет температуру около 6 000 °C. Но на высоте нескольких тысяч километров над ней — небольшое расстояние, если учесть размеры Солнца — солнечная атмосфера, называемая также короной, в сотни раз горячее, достигает миллиона градусов Цельсия и выше.
Такой скачок температуры, несмотря на увеличение расстояния от основного источника энергии Солнца, наблюдается у большинства звезд и представляет собой фундаментальную загадку, над которой астрофизики размышляли десятилетиями.
Волны Альфвена
В 1942 году шведский ученый Ханнес Альфвен предложил объяснение. Он предположил, что намагниченные волны плазмы могут переносить огромное количество энергии вдоль магнитного поля Солнца из его недр в корону, минуя фотосферу, прежде чем взорваться с выделением тепла в верхней атмосфере Солнца.
Теория была предварительно принята, но нам все еще требовалось доказательство в виде эмпирического наблюдения, что эти волны существуют. Результаты недавнего исследования наконец-то подтвердили 80-летнюю теорию Альфвена и приблизили нас на шаг к использованию этого высокоэнергетического явления на Земле.
Проблема коронального нагрева существует с конца 1930-х годов, когда шведский спектроскопист Бенгт Эдлен и немецкий астрофизик Вальтер Гротриан впервые наблюдали явления в короне Солнца, которые могли наблюдаться только при температуре в несколько миллионов градусов Цельсия.
Это означает, что температура в 1000 раз выше, чем в расположенной под ней фотосфере — поверхности Солнца, которую мы можем видеть с Земли. Оценить тепло фотосферы всегда было относительно просто: нужно лишь измерить свет, который доходит до нас от Солнца, и сравнить его со спектральными моделями, предсказывающими температуру источника света.
За многие десятилетия исследований температура фотосферы неизменно оценивалась примерно в 6000°C. Вывод Эдлена и Гротриана о том, что корона Солнца намного горячее фотосферы — несмотря на то, что она находится дальше от ядра Солнца, его конечного источника энергии, — вызвал много недоумений в научном сообществе.
Ученые обратились к свойствам Солнца, чтобы объяснить это несоответствие. Солнце почти полностью состоит из плазмы, которая представляет собой высокоионизированный газ, несущий электрический заряд. Движение этой плазмы в зоне конвекции — верхней части солнечной атмосферы — создает огромные электрические токи и сильные магнитные поля.
Эти поля затем затягиваются из недр Солнца конвекцией и вырываются на его видимую поверхность в виде темных солнечных пятен — скоплений магнитных полей, которые могут образовывать различные магнитные структуры в солнечной атмосфере.
Именно здесь и возникает теория Альфвена. Он рассудил, что в намагниченной плазме Солнца любые объемные движения электрически заряженных частиц будут нарушать магнитное поле, создавая волны, которые могут переносить огромное количество энергии на огромные расстояния — от поверхности Солнца до его верхних слоев атмосферы. Тепло перемещается по так называемым солнечным магнитным потоковым трубам, а затем прорывается в корону, создавая ее высокую температуру.
Эти магнитные плазменные волны теперь называются волнами Альфвена, и их роль в объяснении коронального нагрева привела к тому, что Альфвену была присуждена Нобелевская премия по физике в 1970 году.
Но оставалась проблема реального наблюдения этих волн. На поверхности Солнца и в его атмосфере происходит так много всего — от явлений, во много раз превышающих земные масштабы, до небольших изменений, не поддающихся разрешению наших приборов, — что прямых наблюдательных доказательств существования волн Альфвена в фотосфере до сих пор не было.
Но последние достижения в области измерительных приборов открыли новое окно, через которое мы можем изучать физику Солнца. Одним из таких приборов является интерферометрический двумерный спектрополяриметр (IBIS) для спектроскопии изображений, установленный на солнечном телескопе Данна в американском штате Нью-Мексико. Этот прибор позволил нам проводить гораздо более детальные наблюдения и измерения Солнца.
В сочетании с хорошими условиями наблюдения, передовым компьютерным моделированием и усилиями международной группы ученых из семи исследовательских институтов мы использовали IBIS, чтобы впервые подтвердить существование волн Альфвена в солнечных трубах магнитного потока.
Прямое открытие волн Альфвена в солнечной фотосфере является важным шагом к использованию их высокого энергетического потенциала здесь, на Земле. Например, они могут помочь нам в исследовании ядерного синтеза — процесса, происходящего внутри Солнца, в ходе которого небольшое количество материи преобразуется в огромное количество энергии. Наши нынешние атомные электростанции используют деление ядер, которое, по мнению критиков, приводит к образованию опасных ядерных отходов — особенно в случае катастроф, подобных той, что произошла в Фукусиме в 2011 году.
Создание чистой энергии путем воспроизведения ядерного синтеза на Земле, как это происходит на Солнце, остается огромной проблемой, поскольку для того, чтобы произошел термоядерный синтез, нам все равно потребуется быстро создать температуру в 100 миллионов градусов Цельсия. Одним из способов сделать это могут быть волны Альфвена. Наши растущие знания о Солнце показывают, что это, безусловно, возможно — при соответствующих условиях.
Мы также ожидаем новых солнечных открытий в ближайшее время благодаря новым, новаторским миссиям и приборам. Спутник Европейского космического агентства Solar Orbiter сейчас находится на орбите вокруг Солнца, передавая изображения и проводя измерения неизведанных полярных областей звезды. В наземных условиях открытие новых высокопроизводительных солнечных телескопов также должно улучшить наши наблюдения за Солнцем с Земли.
Поскольку многие тайны Солнца еще предстоит открыть, включая свойства магнитного поля Солнца, это захватывающее время для изучения Солнца. Обнаружение волн Альфвена — лишь один из вкладов в более широкую область, которая стремится раскрыть оставшиеся тайны Солнца для практического применения на Земле. опубликовано econet.ru по материалам theconversation.com
Понравилась статья? Напишите свое мнение в комментариях.
Подпишитесь на наш ФБ:
Источник
Почему Солнце горячее
Поверхность Солнца является самым раскаленным местом в нашей Солнечной системе. При этом температура поверхности Солнца составляет всего 5600 градусов по Цельсию, в то время как ядро разогрето до 15 миллионов градусов. Что же происходит в ядре, почему Солнце такое горячее?
Солнце — огромный шар плазмы, состоящий из водорода и удерживаемый за счет силы тяжести всей массы. Огромная масса сдавливает, пытаясь сжать Солнце. По той же причине Земля и остальные планеты наделены сферической формой. Вследствие гравитационного притяжения газ внутри Солнца сжимается, что ведет к росту давления и температуры в ядре.
График распределения температуры на Солнце
Если бы была возможность совершить путешествие в глубину Солнца, то можно было бы достигнуть точки, где температура и давление достаточны, чтобы начался ядерный синтез. Ядерный синтез это процесс, при котором протоны образуют атомы гелия. Происходит это, лишь в условиях огромных давлений и высоких температур. Процесс ядерного синтеза высвобождает очень много энергии и гамма-излучения. Эта энергия и препятствует последующему сжатию горячего Солнца.
В настоящий момент Солнце находится в балансе. Гравитационные силы пытаются его сжать в маленький шарик, создавая при этом идеальные условия для термоядерного синтеза. А высвобождаемая при этом солнечная энергия препятствует этому, сохраняя Солнцу его сферическую форму.
Источник
Почему солнцу создает тепло
- Google+
- Одноклассники
- Surfingbird
- Мой круг
- LiveJournal
- Мой мир
- Я.ру
Как поступить в Университет
Направления Университета Детей
«Импульс» 9−10 лет
«Динамика» 11−12 лет
«Векторы» 13−14 лет
Подписка на рассылку
Почему солнце так далеко, а греет так сильно?
Антон Захаров
Потому что оно практически не теряет тепло по дороге. Тепло, которое мы получаем от солнца, приносят с собой солнечные лучи – электромагнитные волны разной длины. Чем больше этих лучей упадет на Землю, тем сильнее она нагреется. Эти электромагнитные волны летят к нам от солнца через космическое пространство, а оно очень пустое, там вакуум. Это значит, что большинство волн, которые отправились в нашу сторону, не встречаются ни с чем по пути, а значит все свое тепло отдают Земле.
Но на самом деле энергии от солнца к нам приходит даже слишком много. Если бы земная атмосфера не защищала нас от самых коротких солнечных лучей, которые несут больше всего энергии, жить на Земле было бы очень трудно. Именно по этой причине жизнь на нашей планете начала наиболее активно развиваться тогда, когда в воздухе накопилось достаточно много кислорода, из которого возник озоновый щит, защищающий нашу планету от вредного солнечного излучения.
На что способен солнечный луч:
Почему у пожилых людей седеют волосы?
Никто точно не знает. Причем ученые пока не могут однозначно ответить ни на вопрос, зачем это нужно, ни как это происходит. Но некоторые идеи на этот счет есть. Начнем с того, как.Есть две основных версии того, как люди седеют. Обе они сходятся в том, что это происходит, когда в клетках, из которых вырастают волосы, перестают производиться белки-пигменты, которые придают волосам цвет. Согласно первой версии это происходит просто из-за старения этих клеток. Со временем в ДНК любых клеток могут накапливаются ошибки, и они перестают работать нормально. В случае клетками, которые отвечают за рост волос, это приводит к тому, что они теряют возможность нормально производить пигменты.
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