Положение солнца во вселенной

Солнце

© Владимир Каланов
«Знания-сила».

Где находится Солнце?

Положение Солнца в галактике Млечный путь

В 50-х годах прошлого века учёным удалось составить картину распределения облаков ионизированного водорода, находящихся в галактической окрестности Солнца. Выяснилось, что существуют по крайней мере три участка, которые можно было бы отождествить со спиральными рукавами Млечного Пути. Один из них, ближайший к нам, учёные назвали рукавом Ориона-Лебедя. Более далёкий от нас и, соответственно, близкий к центру Галактики назван рукавом Стрельца-Киля, а периферийный — рукавом Персея.

Но исследуемая галактическая окрестность ограничена: межзвездная пыль поглощает свет далеких звёзд и водорода, так что понять дальнейший рисунок спиральных ветвей становится невозможным.

Определить положение Солнца внутри Галактики позволило изучение близких цефеи́д — переменных звёзд, пульсирующих благодаря внутренним физическим процессам, изменяющим их блеск. Изменения блеска происходят с определенным периодом: чем период больше, тем выше светимость цефеи́ды, а значит и энергия, выделяемая звездой в единицу времени. А по ней можно определить и расстояние до звезды. Первопроходцем здесь был американский астрофизик Харлоу Ше́пли. Одним из объектов его интереса стали шаровы́е звёздные скопления, настолько плотные, что их сердцевина сливается в сплошное сияние. Наиболее богатая шаровы́ми скоплениями область расположена в направлении зодиакального созвездия Стрельца. Известны они и в других галактиках, причём эти скопления всегда концентрируются вблизи галактических ядер. Если предположить, что законы для Вселенной едины, можно сделать вывод, что подобным образом должна быть устроена и наша Галактика. Ше́пли отыскал в её шаровых скоплениях цефеи́ды и измерил расстояние до них.

Оказалось, что Солнце расположено вовсе не в центре Млечного Пути, а на его окраине, можно сказать, в звёздной провинции, на расстоянии 25 тысяч световых лет от центра. Так, второй раз после Коперника было разве́нчано представление о нашем особом привилегированном положении во Вселенной. Солнце расположено в плоскости нашей Галактики и удалено от её центра на 8 кпк и от плоскости Галактики примерно на 25 пк . В области Галактики, где расположено наше Солнце, звёздная плотность составляет 0,12 звёзд на пк 3 .

Путь Солнца в Галактике

Положение Солнца в Галактике

Все звёзды в Галактике, включая Солнце, обращаются вокруг её ядра. Чтобы совершить полный оборот, Солнцу требуется ни много ни мало 250 миллионов лет, которые составляют галактический год (скорость движения Солнца — 220 км/с). Земля уже облетела вокруг центра Галактики 25-30 раз. Значит, ей именно столько галактических лет.

Проследить путь Солнца через Млечный Путь очень сложно. Но современные телескопы могут обнаружить и это движение. В частности, определить, как меняется вид звездного неба при перемещении Солнца относительно ближайших звезд. Точка, в направлении которой со скоростью около 19,5-20 км/с движется Солнце, называется апекс и расположена в созвездии Геркулеса, на границе с созвездием Лиры, её координаты α ≈ 18h, δ ≈ +30°. Полёт Солнца (а заодно и всей Солнечной системы) происходит примерно под углом 25 градусов к плоскости Галактики. Точка на небесной сфере, противоположная апексу, называется антиа́пекс. В этой точке пересекаются направления собственных скоростей ближайших к Солнцу звёзд.

Каждые 33 миллиона лет Солнце пересекает галактический экватор, затем поднимается над его плоскостью на высоту в 230 световых лет и снова опускается вниз, к экватору. На совершение полного оборота Солнцу требуется, как уже было сказано, около 250 миллионов лет. Но следует различать движение Солнца относительно центра Галактики и движение относительно близких звёзд. Солнечную систему окружает местное межзвёздное облако, тёплое и плотное, которое, как и все облака́, состоит из газа и пы́ли. Причём масса пы́ли составляет всего 1% от массы всего межзвёздного о́блака. А газ в нём это на 90% водород и на 9,99% — гелий. Более тяжелые элементы в сумме дают не более 0.01% по массе. Солнце расположено внутри этого облака в районе, который иногда называют местным «пузырем», представляющим собой большое и относительно пустое пространство. Между прочим, в космосе настолько пусто, что это даже вообразить сложно! Представьте: самый лучший, самый «пустой» современный лабораторный вакуум в 10000 раз плотнее обычных межзвездных облаков, (вполне видимых на фотографиях, сделанных с помощью телескопов) которые в тысячи раз плотнее местного «пузыря»! Плотность этого «пузыря» всего лишь 0.001 атом в кубическом сантиметре! Зато температура у него – действительно астрономическая: около миллиона градусов по кельвину! По сравнению с ним окружающее «пузырь» местное межзвездное облако слегка тёплое, его температура 7000 градусов по кельвину.

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

Что такое Солнце — описание, структура, образование, эволюция, орбита, исследование и факты

Солнце является основным источником энергии для Земли и всей Солнечной системы. Без него жизнь на нашей планете была бы невозможна. Неслучайно у многих древнейших цивилизаций (например, у египтян) именно бог Солнца считался верховным божеством, которому все остальные Боги были подчинены. Однако современная наука может рассказать о нашем светиле значительно больше, чем древнеегипетские мифы. Какие процессы протекают внутри Солнца, какова история этой звезды, и какое будущее ожидает ее через миллиарды лет?

Общая характеристика

Солнце – это огромный разогретый шар из газа, чей диаметр оценивается в 1,392 млн км. Это в 109 раз больше диаметра нашей планеты. На звезду приходится 99,87% всей массы Солнечной системы.

С Земли кажется, что светило имеет желтый цвет, однако это иллюзия, связанная с влиянием атмосферы нашей планеты на солнечный свет. На самом деле Солнце излучает почти белый свет.

Солнце – это одна из сотен миллиардов звезд галактики Млечный путь. Ближайшая к Солнцу звезда – это Проксима Центавра, находящаяся от неё на расстоянии 4,24 световых лет. Для сравнения – расстояние от Земли до Солнца, принимаемое за астрономическую единицу (а.е.), солнечный свет проходит всего за 8,32 минут.

По астрономической классификации Солнце относится к типу «желтых карликов». Это значит, что оно не так и велико по сравнению с размерами других звезд, но довольно ярко светит. Наше светило входит 15% самых ярких звезд Млечного Пути. Вместе с тем в галактике есть звезды, чей радиус превышает солнечный в 2000 раз!

Источником тепла, излучаемого звездой, являются термоядерные реакции. В центре Солнца атомы водорода сливаются друг с другом, в результате чего образуется атом гелия и некоторое количество энергии. Это реакция называется протон-протонным циклом, на него приходится порядка 98% энергии, вырабатываемой светилом. Однако имеют место и иные реакции, в ходе которых «сгорают» такие элементы, как гелий, углерод, кислород, неон и кремний, а образуются металлы (железо, магний, кальций, никель) и другие элементы (сера). Все эти процессы называют звездным нуклеосинтезом.

Влияние Солнца на окружающие небесные тела огромно. Солнечный ветер (частицы вещества, излучаемого звездой), доминируют в межпланетном пространстве на расстоянии до 100-150 а.е. от светила. Считается, что гравитация нашей звезды определяет орбиты тел, находящихся даже на расстоянии светового года от неё (в облаке Оорта).

Само Солнце также вращается вокруг своей оси. Так как оно состоит из газов, то разные его слои вращаются с разной угловой скоростью. Если в районе экватора период обращения составляет 25 дней, то на полюсах он увеличивается до 34 дней. Более того, последние исследования показывают, что внутренние области совершают оборот значительно быстрее, чем внешняя оболочка.

Таблица «Основные физические характеристики Солнца»

Состав Солнца

Основными элементами, из которых состоит наша звезда, являются водород (73,5% солнечной) и гелий (24,9%). На все остальные элементы приходится примерно 1,5%.

Химический состав светила непостоянен – он меняется из-за превращений, происходящих во время термоядерных реакций. На заре своего существования Солнце почти полностью состояло из водорода. В ходе термоядерных реакций этот элемент превращается в гелий, поэтому его массовая доля падает. Гелий также превращается в более тяжелые элементы, однако, однако в целом его доля возрастает. Изменения химического состава звезд оказывают огромное влияние на процессы их эволюции.

Строение Солнца

Конечно, у Солнца, состоящего из газов, нет привычной нам твердой поверхности. Значительную ее часть составляет атмосфера, которая по мере движения к центру светила уплотняется. Тем не менее принято выделять 6 «слоев», из которых состоит звезда. Три из них являются внутренними, а следующие три образуют солнечную атмосферу.

Внутреннее строение Солнца

Внутренняя структура нашей звезды включает следующие слои:

В центре светила располагается ядро. Именно в этой области идут термоядерные реакции. Радиус ядра оценивается в 150 тыс. км. Температура здесь не опускается ниже 13,5 млн градусов, а давление доходит до 200 млрд атм. Из-за этого вещество здесь находится в крайне плотном состоянии. Его плотность составляет 150 г/куб. см. Это в 7,5 раз выше плотности золота. Именно такие условия необходимы для протекания термоядерных реакций. Надо понимать, что именно в ядре вырабатывается энергия, которую и излучает Солнце. Все остальные области звезды лишь обогреваются ядром, но сами ее не вырабатывают.

Зона лучистого переноса

Над ядром располагается зона радиации, которую также именуют зоной лучистого переноса. Ее внешняя граница проходит по сфере радиусом 490 тыс. км. Температура постепенно падает от отметки в 7 млн градусов на границе с ядром до 2 млн градусов у внешней границы. Также и плотность вещества снижается с 20 до 0,2 г/куб. см. Тем не менее из-за высокой плотности атомы водорода не могут двигаться. То есть если при нагреве, например, воды ее теплые слои поднимаются на поверхность, перенося туда тепло, то здесь такой механизм не работает – вещество остается неподвижным. Единственный способ энергии пробраться через зону радиации – это длительная цепочка поглощений и излучений фотонов атомами водорода. Из-за этого фотон, возникший при термоядерной реакции в ядре, в среднем «пробирается» наружу через зону радиации примерно 170 тыс. лет!

Зона конвективного переноса

Выше располагается зона конвективного переноса толщиной 200 тыс. км. Здесь плотность уже невысока, и вещество активно перемешивается – нагретые газы поднимаются наверх, отдают тепло, остывают и снова погружаются вниз. Скорость газовых потоков может достигать 6 км/с. Именно это движение порождает магнитное поле Солнца. Температура на поверхности падает до 6000° С, а плотность на три порядка ниже плотности земной атмосферы.

Атмосфера

Атмосфера Солнца состоит из следующих слоев:

Фотосфера

Нижний слой атмосферы называют фотосферой. Именно она излучает тот свет, который согревает планеты Солнечной системы. Толщина фотосферы колеблется от 100 до 400 км. На внешней границе фотосферы температура падает до 4700° С.

Хромосфера

Над фотосферой располагается хромосфера – слой толщиной около 2000 км. Её яркость очень мала, поэтому с Земли её можно наблюдать довольно сложно. Удобнее всего это делать во время солнечных затмений. Она имеет специфический красный оттенок. В хромосфере можно наблюдать спикулы – столбы плазмы, выбрасываемые из нижних слоев хромосферы. Время существования одной спикулы не превышает 10 минут, а длина доходит до 20 тыс. км. Одновременно в хромосфере находится около миллиона спикул. Интересно, что с увеличением высоты температура хромосферы не падает, а растет, и на верхней границе может доходить до 20 000° С.

Корона

Верхний слой атмосферы называется короной. Ее верхняя граница до сих пор четко не определена. Вещество в ней крайне разрежено, однако температура в ней может достигать нескольких миллионов градусов. На сегодня ученым не удалось полностью объяснить, за счет каких механизмов солнечная корона разогревается до такой температуры. В короне можно наблюдать протуберанцы – выбросы солнечного вещества, чья высота над поверхностью звезды может достигать 1,7 млн км.

Магнитное поле Солнца

У Солнца есть магнитное поле. Исследователи выделяют глобальное поле звезды и множество локальных полей.

Глобальное поле обладает цикличностью. Его напряженность колеблется с частотой 11 лет, при этом наблюдаются изменения в частоте появления солнечных пятен. Такой цикл называют «циклом Швабе» по фамилии ученого, заметившего ещё в XIX веке, что количество солнечных пятен на поверхности светила меняется циклически. Лишь позже стала очевидна связь этого явления с процессами в зоне конвективного переноса и колебаниями магнитного поля. В начале XX века стало ясно, что за один цикл Швабе полярность магнитного поля меняется на противоположное. То есть Солнцу нужна два 11-летних цикла, чтобы магнитное поле вернулось к начальному состоянию. В связи с этим выделяют 22-летний цикл, известный как «цикл Хейла».

В разных районах Солнца могут наблюдаться и малые, то есть локальные магнитные поля. Их напряженность может в тысячи раз превышать напряженность глобального поля, однако время их существования редко превышает несколько десятков дней. Особенно часто локальные поля наблюдаются в районе солнечных пятен. Дело в том, что эти пятна как раз и являются теми точками, через которые магнитные поля из внутренних областей выходят наружу.

Жизненный цикл Солнца

Возраст Солнца оценивается учеными в 4,5 млрд лет. Сформировалось оно из газопылевого облака, которое постепенно сжималось под действием собственной гравитации. Из этого же облака возникли планеты и почти все остальные объекты в Солнечной системе. Когда в центре сжимающегося облака плотность, а вместе с ней температура и давление выросли до критических значений, началась термоядерная реакция – так зажглось Солнце.

В ходе термоядерных реакций масса Солнца постепенно уменьшается. Каждую секунду 4 млн тон солнечного вещества преобразуется в энергию. Вместе с тем звезда разогревается. Каждый 1,1 млрд лет яркость Солнца увеличивается на 10%. Это значит, что ранее температура на Земле была значительно ниже, чем сейчас, а на Венере, возможно, была жидкая вода или даже жизнь (сейчас средняя температура на поверхности Венеры составляет 464° С). В будущем же яркость Солнца будет возрастать, что будет вести к росту температуры на Земле. Через 3,5 млрд лет яркость светила вырастет на 40%, и условия на Земле станут такими же, как и на Венере. С другой стороны, Марс также разогреется и станет более пригодным для жизни. Таким образом, в ходе эволюции звезды так называемая «зона обитаемости», постепенно удаляется от Солнца.

Постепенно из-за выгорания водорода ядро будет уменьшаться в размерах, а вся звезда в целом – увеличиваться. Через 6,4 млрд лет водород в ядре закончится, радиус звезды в этот момент будет больше современного в 1,59 раз. В течение 700 млн лет звезда расширится до 2,3 современных радиусов.

Далее рост температуры приведет к тому, что термоядерные реакции горения водорода запустятся уже не в ядре, а в оболочке звезды. Из-за этого она резко расширится, и ее внешние слои будут достигать современной земной орбиты. Однако к тому моменту светило потеряет значительную часть своей массы (28%), что позволит нашей планете перейти на более отдаленную орбиту. Солнце в этот период своей жизни, который продлится 10 млн лет, будет являться красным гигантом.

После из-за роста температуры в ядре до 100 млн градусов там начнется активная реакция горения гелия – «гелиевая вспышка». Радиус светила сократится до 10 современных радиусов. На выгорание гелия уйдет порядка 110 млн лет, после чего звезда снова расширится и станет красным гигантом, но эта стадия будет длиться уже 20 млн лет.

Из-за пульсаций, связанных с изменениями температуры Солнца, его внешние слои отделятся от ядра и образуют планетарную туманность. Само же ядро превратится в белый карлик – объект, чьи размеры будут сопоставимы размерами Земли, а масса будет равна половине современной солнечной массы. Далее этот карлик, состоящий из углерода и кислорода, будет постепенно остывать. Никаких термоядерных реакций в белом карлике идти не будет, поэтому со временем (за десятки млрд лет) он превратится в черный карлик – остывшую плотную массу вещества. На этом эволюция Солнца завершится.

Орбита и расположение Солнца в галактике Млечный путь

Солнце вместе со всей Солнечной системой вращается относительно центра Млечного пути, в котором располагается огромная черная дыра. Расстояние от нее до нашего светила составляет 26 тыс. св. лет. Один оборот Солнечная система совершает примерно за 225-250 млн лет. Скорость движения звезды относительно центра галактики составляет 225 км/с.

На сегодня Солнце располагается в рукаве Ориона. Нам повезло с расположением Солнечной системы в Млечном Пути. Дело в том, что скорость вращения нашей системы почти совпадает со скоростью вращения так называемых спиральных рукавов. Из-за этого наша система не попадает в них, хотя большинство других звезд периодически оказываются там. В спиральных рукавах очень сильное излучение, которое способно убить всё живое. Если бы Солнце находилось на другой орбите, оно периодически попадало бы в спиральные рукава, что приводило бы к «стерилизации» жизни на Земле.

Исследование Солнца

Изначально люди относились к Солнцу как к божеству, дающему людям свет. Древние астрономы полагали, что наше светило – это лишь одна из планет, к которым также относили и Луну. Поэтому в честь него, как и в честь других планет, нередко называли дни недели. И сегодня в английском языке воскресенье носит название «Sunday», что переводится как «день Солнца». В 800 г. до н. э. китайцы впервые обнаружили на Солнце пятна.

Аристарх Самосский в III в. до н. э. первым предположил, что именно Земля вращается вокруг Солнца, а не наоборот. Но лишь во времена Коперника и Галилея эта теория была принята научным сообществом. Тогда же начались исследования Солнца с помощью телескопа. Галилей понял, что солнечные пятна – это часть светила. Изучая их, он понял, что звезда вращается вокруг своей оси, и даже смог определить период обращения.

В 1672 г. Д. Кассини смог достаточно точно рассчитать расстояние до светила. Для этого он определял положение Марса на небосводе в Париже и Кайенне (Южная Америка). Он получил значение в 140 млн км.

В XIX в. физики стали изучать спектр солнечного света. Этот метод позволял определить химический состав звезды. В 1868 г. было обнаружено, что в состав светила входит элемент, до того неизвестный человечеству. Его назвали гелием.

Большой загадкой для ученых оставалась природа энергии, излучаемой Солнцем. Выдвигались ошибочные версии, что звезда нагревается за счет падения на нее метеоритов или за счет гравитационного сжатия. Лишь с открытием ядерных реакций физики смогли предположить, что источник солнечного тепла – это термоядерный синтез.

Дальнейшее изучение Солнца связано с развитием космонавтики. С помощью советских аппаратов «Луна-1» и «Луна-2» в 1959 г. был открыт солнечный ветер.

Интересные факты о Солнце

Для любого объекта, излучающего тепло, можно посчитать отношение мощности к его объему. Оказывается, что удельная мощность Солнца примерно в тысячу раз меньше, чем удельная мощность человеческого организма! Это означает, что огромный объем выделяемого светилом тепла в первую очередь объясняется его гигантскими размерами.

Периодически всплески солнечной активности приводят к геомагнитным бурям. Мощнейшая из них произошла в 1859 г. В результате на Земле перестала работать телеграфная связь, а северное сияние наблюдалось даже над Кубой.

Сейчас общепризнанна теория, что Солнце образовалось из газопылевого облака. Однако откуда появилось само облако? Ученые предполагают, что оно является остатком предыдущих звезд. Химический анализ показывает, что Солнце является звездой уже третьего поколения. Это значит, что вещество, из которого состоит светило, ранее входило в состав двух других звезд, уже прекративших существование.

Хотя большинство планет вращаются вокруг Солнца в плоскости эклиптики, экватор самой звезды не совпадает с этой плоскостью, а наклонен на 7°. Эту аномалию до сих пор не удалось объяснить. Возможно, причиной этого является существование ещё одной планеты в Солнечной системе, чья орбита лежит не в плоскости эклиптики, а под углом к ней. Ряд наблюдений подтверждает существование Девятой планеты, но пока что говорить об ее открытии преждевременно.

Список использованных источников

Источник