Солнце главное небесное светило

Самые распространенные мифы о Солнце: чему стоить верить?

Солнце — это одна из звезд галактики Млечный путь и единственная звезда в нашей Солнечной системе. Если бы ее не было, на Земле не существовало бы ни растений, ни животных и нас с вами. А все потому, что небесное светило насыщает нашу планету жизненной энергией и излучаемое ею тепло играет огромную роль практически во всех химических процессах. Этот, без преувеличений, главный небесный объект изучается уже тысячи лет и за это время в народе появились ошибочные сведения о нем. Многие люди считают, что Солнце состоит из огненной лавы. Также есть распространенное мнение, что оно постоянно находится в одном и том же месте и совершенно не двигается. А некоторые люди даже не догадываются, что Солнце, которому мы обязаны своей жизнью, когда-нибудь уничтожит нашу планету. В рамках данного материала предлагаю развеять самые распространенные мифы о звезде по имени Солнце.

Солнце — самый главный для нас небесный объект, но мы так мало о нем знаем

Что такое Солнце?

Для начала давайте разберем общие сведения о Солнце. Это звезда, то есть небесное тело шарообразной формы, которое излучает свет и удерживается в космическом пространстве благодаря собственной гравитации и внутреннего давления. По своей сути, это огромный газовый шар из водорода и гелия, в котором постоянно происходят термоядерные реакции, при которых ядра легких элементов сливаются под воздействием высоких температур и образуют более крупные элементы. При этом выделяется огромное количество энергии, часть из которой доходит до нашей планеты и участвует в жизненно важных для всех живых организмов химических процессах. Расстояние от Солнца до Земли составляет 149,6 миллиона километров. Чтобы оценить разницу в величие, проще представить, что Солнце это огромный апельсин, а Земля — крошечное маковое зернышко.

Размеры Солнца (слева) и Земли (справа)

Из чего состоит Солнце?

Некоторые люди ошибочно считают, что Солнце состоит из огненной лавы. Это, конечно же, неправда, потому что с научной точки зрения лава — это вулканическая масса из раскаленных горных пород. А самая близкая к нам звезда состоит из сильно нагретых газов и делится на несколько разных слоев:

• солнечное ядро, которое является центральной частью звезды с радиусом около 175 тысяч километров. Это некоторое подобие термоядерного реактора, где и происходят вышеупомянутые столкновения ядер с выделением огромного количества энергии. Считается, что этого «топлива» хватит на миллиарды лет существования звезды;
• зона лучистого переноса, которая представляет собой средний слой Солнца и состоит из водородно-гелиевой плазмы. Свое название эта зона получила из-за способа передачи энергии от ядра к поверхности — излучения. В ядре Солнца образуются частицы света, именуемые как фотоны. Чтобы достичь внешних слоев звезды, им нужно пройти сквозь слой водородно-гелиевой плазмы. По пути фотоны о и дело натыкаются на частицы плазмы, которые поглощают их и переизлучают в случайном направлении. Так что, если вырвавшиеся наружу фотоны достигают Земли за 8 минут, то для прохода сквозь средний слой Солнце им могут потребоваться миллионы лет, но рано или поздно они преодолевают все препятствия;
• конвективная зона, на которую приходится две трети объема Солнца. В этом слое тоже происходит передача энергии, но уже за счет конвекции — способа передачи энергии потоками веществ. Это явление постоянно происходит вокруг нас, например, когда батарея с горячей водой нагревает воздух в комнате.

Если говорить про химический состав Солнца, то он почти такой же, как и у всех остальных звезд. Примерно на 75% оно состоит из водорода, 25% приходится на гелий и где-то 1% из других элементов вроде углерода, кислорода и азота.

Есть ли вода на Солнце?

Многие люди уверены, что на горячем Солнце не может быть воды. И это звучит вполне логично, потому что жидкость не может существовать в столь жарком месте. Но вспомните школьную программу по химии — формула воды очень проста и состоит из водорода и кислорода. А ведь выше мы уже выяснили, что эти элементы на горячей звезде есть и их довольно-таки много. Ученые уверяют, что молекула воды является одной из самых прочных во Вселенной и она не разрушается под воздействием высоких температур. А вот молекула ДНК, из которой может зародиться жизнь, в таких экстремальных условиях существовать не может, хотя все компоненты для его создания там есть.

Ученые Средневековья считали, что пятна на Солнце представляют собой озера воды. Отчасти, они были правы

Важно отметить, что молекулы воды могут образовываться только в областях Солнца с минимальной температурой. В то время как в целом Солнце разогревается до 5,5 тысяч градусов Цельсия, имеющиеся на ее поверхности солнечные пятна имеют температуру около 4,5 тысяч градусов. Исследователи считают, что именно в этих местах может образовываться вода. Но надо понимать, что она существует в молекулярном виде, а не жидком. По мнению специалистов из космического агентства NASA, если температура Солнца когда-нибудь понизится, то вода на ней может обрести и жидкую форму.

Также Солнце способно издавать весьма странные звуки. Почитать об этом явлении можно в этом материале.

Как движется Солнце?

Еще со школьных лет нам известно, что Земля и другие планеты Солнечной системы вращаются вокруг Солнца. Следовательно, логично предполагать, что само Солнце постоянно находится на одном и том же месте и совершенно не двигается. Но это далеко не так — оно тоже движется, причем с очень большой скоростью, но мы этого совершенно не замечаем, потому что движемся вместе с Солнцем и проходим вместе с ним очень долгий путь. Звучит сложно? Давайте разберем это явление чуть подробнее.

Примерное местоположение Солнца в галактике Млечный путь

Как мы знаем, Солнечная система расположена в одном из уголков спиралевидной галактики Млечный путь. В ней существует огромное количество других космических тел, которые вращаются вокруг центра Млечного пути. И Солнце в том числе, со скоростью около 217 километров в секунду. Этот показатель может показаться поистине сумасшедшим, но мы даже не замечаем этой скорости, потому что масштабы нашей галактики огромны и нам даже не понять всего ее величия. Один оборот вокруг центра галактики Солнце совершает за 250 миллионов лет, то есть за один галактический год.

А вы знаете, что галактика Млечный путь гораздо больше, чем мы думаем?

Траектория Земли вокруг Солнца

Еще один распространенный миф гласит, что в летний сезон Солнце расположено ближе к Земле, чем зимой. Этот факт неверен с точки зрения жителей России, а в Африке его можно считать отчасти правдивым. Время от времени наша родная Земля действительно приближается к небесному светилу чуть ближе. Дело в том, что траектория движения нашей планеты вокруг Солнца представляет не ровный круг, а вытянутый эллипс. Так, в течение года наша планета становится ближе к горячей звезде. В России это происходит примерно 3–4 января и именно в этом время на небе можно увидеть Солнце с максимально близкого расстояния. А в Африке этот момент приходится на лето — то есть, для жителей этого региона летом Земля действительно располагается ближе к Солнцу. Разумеется, приближение Солнца влияет на температуру на Земле. Однако, изменение оказывается незначительным и средняя температура повышается всего лишь на 2–3 градуса Цельсия.

Расположение планет в Солнечной системе

Приближение Земли к Солнцу незначительное. Но вот такие планеты как карликовый Плутон имеют более «сплюснутую» траекторию движения. Карликовая планета совершает круг вокруг Солнца медленно, поэтому один год там длится около 250 земных лет. Во время плутонианского лета расстояние между Плутоном и Солнцем составляет 4,5 миллиарда километров, а в зимний период увеличивается до 7,5 миллиардов. Если бы траектория движения Земли вокруг Солнца была такая же, то средняя температура зимой была бы около минус 50 градусов Цельсия, и это только в считающемся теплым экваторе. А у полюсов столбики термометров показывали бы минус 150 градусов. В общем, мы бы попросту не выжили. Как же хорошо, что Земля движется хоть и не по идеальному, но кругу.

Солнце уничтожит нашу планету?

Как бы страшно не было это осознавать, но да, когда-нибудь подарившее нам жизнь Солнце нас же и уничтожит. По мнению ученых, это случится когда в недрах звезды не останется термоядерного «горючего», то есть, водорода. Выше я уже упоминал, что его должно хватить на миллиарды лет, так что нашему и многим будущим поколениям пока не о чем беспокоится. Считается, что после опустошения горючего, Солнце раздуется до огромных размеров и начнет излучать еще больше энергии. Это приведет к тому, что еще до опустошения запасов водорода с лица Земли постепенно будет стерта вся жизнь и она будет представлять собой сухую пустыню.

Когда-нибудь Солнце уничтожит нашу планету

Если вам интересны новости науки и технологий, подпишитесь на наш канал в Яндекс.Дзен. Там вы найдете материалы, которые не были опубликованы на сайте!

По расчетам исследователей, до этого момента осталось как минимум 5 миллиардов лет. Это гораздо больше, чем прошло со времен динозавров. Скорее всего, к этому времени люди уже ступят на несколько будущих ступеней эволюции и даже перекочуют на другие, более безопасные планеты. А ведь колонизировать Марс мы сможем уже в это столетие, потому что всем известный Илон Маск уже разработал план и вовсю разрабатывает космические корабли для дальних перелетов. Но, если подумать, даже колонизация Марса нас не спасет, потому что он тоже верится вокруг Солнца. Поэтому остается надеяться, что к тому времени человечество научится покорять другие звездные системы.

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