§21.2. Строение Солнца
Как и все звезды, Солнце — раскаленный газовый шар. В основном оно состоит из водорода с примесью 10% (по числу атомов) гелия. Количество атомов всех остальных элементов вместе взятых, примерно в 1000 раз меньше Однако по массе на эти более тяжелые элементы приходится 1—2% массы Солнца.
На Солнце вещество сильно ионизовано, т. е. атомы лишены внешних своих электронов, которые становятся свободными частицами ионизованного газа — плазмы.
Для определения средней плотности солнечного вещества надо массу Солнца поделить на его объем:
это значение соизмеримо с плотностью воды и в тысячу раз больше плотности воздуха у поверхности Земли. Однако в наружных слоях Солнца плотность в миллионы раз меньше, а в центре — в 100 раз больше, чем 
.
Под действием сил гравитационного притяжения, направленных к центру Солнца, в его недрах создается огромное давление. Если бы вещество внутри Солнца было распределено равномерно и плотность всюду равнялась средней, то рассчитать внутреннее давление было бы легко. Сделаем приближенно такой расчет для глубины, равной половине радиуса.
Сила тяжести на этой глубине будет определяться только притяжением масс, находящихся внутри сферы радиусом l/2R. Объем этой сферы составляет 1/8 от объема всего Солнца, и при постоянстве плотности в нем заключена 1/8Мc. Следовательно, по закону всемирного тяготения гравитационное ускорение на расстоянии 1/2Rc от центра «однородного» Солнца составит:
Сила давления на данной глубине складывается из силы тяжести всех вышележащих слоев. Само же давление будет (численно) равно силе тяжести радиального столбика вещества высотой l/2R, расположенного над площадью S=1 м 2 в рассматриваемой точке. В этом столбике заключена масса
Отсюда получаем, что р = 6,6•10 13 Па.
Согласно газовым законам давление пропорционально температуре и плотности. Это дает возможность определить температуру в недрах Солнца. Для средней плотности солнечного вещества давление в 10 15 Па получится при температуре порядка 5 000 000 К.
Точные расчеты показывают, что в центре Солнца плотность газа составляет около 1,5•10 5 кг/м 3 (в 13 раз больше, чем у свинца!), давление — около 2•10 18 Па, а температура — около 15 000 000 К.
При такой температуре ядра атомов водорода (протоны) имеют очень высокие скорости (сотни километров в секунду) и могут сталкиваться друг с другом, несмотря на действие электростатической силы отталкивания между ними. Некоторые из таких столкновений завершаются ядерными реакциями, при которых из водорода образуется гелий и выделяется большое количество теплоты. Эти реакции являются источником энергии Солнца на современном этапе его эволюции. В результате количество гелия в центральной области Солнца постепенно увеличивается, а водорода — уменьшается. В самом центре Солнца за 4—5 млрд. лет, которые прошли с момента его образования, примерно половина водорода уже превратилась в гелий.
Рис. 74. Схема строения Солнца.
Поток энергии, возникающей в недрах Солнца, передается во внешние слои и распределяется на все большую и большую площадь. Вследствие этого температура солнечных газов убывает по мере удаления от центра Сначала температура уменьшается медленно, а в наружных слоях очень быстро.
В зависимости от значения температуры и характера определяемых ею процессов все Солнце условно можно разделить на 4 области (рис. 74):
- внутренняя, центральная область (ядро), где давление и температура обеспечивают протекание ядерных реакций, она простирается от центра до расстояния примерно 1/3 Rc;
- «лучистая» зона (расстояние от 1/3 до 2/3Rc), в которой энергия передается наружу от слоя к слою в результате последовательного поглощения и излучения квантов электромагнитной энергии;
- конвективная зона — от верхней части «лучистой» зоны почти до самой видимой границы Солнца. Здесь температура быстро уменьшается по мере приближения к видимой границе Солнца, в результате чего происходит перемешивание вещества (конвекция), подобное кипению жидкости в сосуде, подогреваемом снизу;
- атмосфера, начинающаяся сразу за конвективной зоной и простирающаяся далеко за пределы видимого диска Солнца. Нижний слой атмосферы включает тонкий слой газов, который воспринимается нами как поверхность Солнца. Верхние слои атмосферы непосредственно не видны и могут наблюдаться либо во время полных солнечных затмений, либо при помощи специальных приборов.
- Какова средняя молекулярная масса смеси полностью ионизованного газа состоящего на 90% из водорода и 10% гелия (по числу атомов)?
Источник
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 – главная звезда нашей планетарной системы. Несмотря на относительную изученность, это светило вызывает среди учёных немало вопросов. Особого внимания заслуживает внутреннее строение Солнца. Из чего оно состоит, какой структурой и «консистенцией» обладает – будет рассмотрено в статье.
Особенности строения
Современные представления и убеждения гласят о том, что наша звезда включает в свой состав несколько концентрических сфер (областей). Каждая из них наделена своими особенностями. В схематическом разрезе можно увидеть не только внешние характеристики, но и внутренние параметры. Энергетический поток, который освобождается вследствие термоядерных реакций в ядре Солнца, постепенно прокладывает путь к его видимой зоне.
Её перенос, в свою очередь, происходит за счёт определённых процессов. Считается, что в ходе их протекания атомами поглощается, а затем повторно излучается и рассеивается излучение. То есть речь идёт о лучевом способе. После прохождения 80% пути, начиная от ядра и заканчивая поверхностью, газ утрачивает свойства стойкости. Поэтому впоследствии происходит перенос энергии посредством конвекции по направлению к видимой солнечной поверхности. По итогу он попадает в атмосферную часть.
Строение Солнца. В центре Солнца находится солнечное ядро. Фотосфера — это видимая поверхность Солнца, которая и является основным источником излучения. Солнце окружает солнечная корона, которая имеет очень высокую температуру, однако она крайне разрежена, поэтому видима невооружённым глазом только во время полного солнечного затмения.
Описание и характеристики
Внутреннее строение Солнца является слоистым или оболочечным. Оно включает в себя одновременно несколько областей. В центральной части располагается массивная ядерная часть, за ней идёт зона лучевого переноса энергетического потока, после этого следует конвективная область, и, в конечном счёте, атмосфера. Некоторые исследователи отмечают, что Солнце внутри включает в себя ещё и внешние области. Это корона, хромосфера, фотосфера. Однако другие астрономы к строению звезды относят исключительно корону и хромосферу.
Основные зоны Солнца
Чтобы иметь представление о том, каким является внутреннее строение Солнца, стоит остановиться на каждом его слое более подробно.
Это центральная область нашего светила. Она обладает радиусом, равным 150-175 тысяч километров. А это – порядка 20 или даже 25% всего солнечного радиуса. По сути, ядерная зона представляет собой реактор термоядерного типа, потому что в нём происходят одноимённые реакции. Изучая слои Солнца, в частности – ядро, можно отметить, что его плотность в 150 раз выше, чем у воды, а температурное значение превышает отметку в 14 000 000 Кельвинов.
Что касается «скоростного режима», в котором звезда вращается вокруг собственной оси, в ядерной области он значительно выше в сравнении с тем, что предполагает поверхность Солнца. Ежесекундно за счёт термоядерных явлений в излучение вовлекается 4,26 миллионов тонн всевозможных веществ. Однако топливного ресурса, возникающего за счёт действия звезды, достаточно для того, чтобы энергия «работала» в течение нескольких миллиардов лет.
Территория лучистого переноса
В этой части нашего естественного светила энергия переносится преимущественно посредством излучения и поглощения фотонов. При всем этом направленность каждого элемента, который излучен плазматическим слоем, не зависит от того, какие из них поглощались плазмой, а какие не поглощались. Поэтому есть вероятность проникновения в следующий плазменный слой в лучистой области, а также перемещения вниз, назад.
По описанным причинам временной интервал, за которой фотон, который изначально появился в ядре, достигает конвективной части светила, может составлять миллионы лет. В среднем этот отрезок времени для нашей главной звезды равен около 170 000 лет. По этой причине внутреннее строение Солнца вызывает среди учёных неподдельный интерес и многочисленные вопросы.
Конвективная зона
Следующая часть внешней области светила приходится на конвективную часть. Она располагается максимально близко к такому элементу, как поверхность Солнца. Чем ближе к ней, тем ниже становится плотность и температурный режим. Этих параметров становится недостаточно для того, чтобы в полной мере перенести энергию посредством повторного излучения. Вследствие этого появляется вихрь, в рамках которого плазма перемешивается, а энергии подступает к фотосфере.
По мере того как слои Солнца взаимодействуют между собой, наблюдается следующая картина. Вещество, относящееся к фотосфере, охлаждается на поверхности и погружается в глубину конвективной части. С другой стороны, элемент излучается из области лучевого переноса и впоследствии поднимается вверх. Оба эти процесса протекают достаточно быстро. В результате возникает процесс конвекции. Слой, расположенный под поверхностью, имеет толщину в 200 000 километров. По мере приближения к самой верхней части наблюдается падение температуры до отметки в 5800 К.
Дополнительные слои
Солнце внутри также включает в себя несколько дополнительных слоёв, хотя некоторыми учёными они не рассматриваются всерьёз.
Фотосфера
Это нижний атмосферный слой, находящийся в области плотной массы невидимого газового вещества конвективной области. Образование его произошло вследствие влияния ионизированного газового вещества с температурой до 10 000 К внутри и 5 000 К снаружи. Именно этот нижний атмосферный слой человеческим глазом воспринимается как ярко-жёлтый диск Солнца. А если воздух прозрачный, с помощью телескопа можно отчётливо просмотреть основание. Поверхность обладает зернистой структурой (грануляцией) с поперечниками от 700 до 2 000 км.
Рассматриваемый процесс характеризуется присутствием в нижнем слое газа непрозрачного типа, который выступает в качестве сложного механизма круговоротов, совершаемых вертикально. Образно этот процесс сравнивается с кипением густой жидкости. Получается, что солнечная поверхность, отдающая определённый энергетический поток в космос, представляет собой разреженный газовый слой.
Хромосфера
Солнце внутри также включает в себя хромосферу. Во время протекания полного затмения у крайней части диска можно наблюдать сияние. Это и есть хромосфера. Границы и очертания в ней отсутствуют. Всё, что она собой представляет – это комбинацию большого количества выступов, расположенных в непрерывном положении. Хромосфера на практике сравнивается с горячей степью, а её языки пламенны поперечно достигают размера в 200-2000 км.
Корона
Солнце внутри также состоит из короны. Она представляет собой его внешнюю атмосферную часть. Некоторые астрономы именуют её как атмосфера. Образование произошло за счёт влияния ионизированного газа, который является разреженным. Продолжительность этой области составляет 5 солнечных диаметров, а строение считается лучистым.
Корона имеет примерно такую же яркость, что и у Луны во время полнолуния. Если сравнивать с яркостью светила, эта величина составляет 5/1000000. За счёт внешних слоёв в космос происходит излучение газа – так называемого солнечного ветра. Это второй солнечный поток, образуемый планетами. Именно он выступает в качестве первоисточника полярных сияний на Земле.
Таким образом, Солнце внутри имеет сложное строение и состав и постоянно изучается учёными.
Источник