За пределами видимого диска солнца простирается

2. Строение Солнца

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.

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):

1) внутренняя, центральная область (ядро), где давление и температура обеспечивают протекание ядерных реакций, она простирается от центра до расстояния примерно

2) «лучистая» зона (расстояние от в которой энергия передается наружу от слоя к слою в результате последовательного поглощения и излучения квантов электромагнитной энергии;

3) 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;

4) 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

Состав и строение Солнца

Согласно современным данным, температура в центре Солнца достигает 15 млн К, давление 2 • 10 18 Па, а плотность вещества значительно превышает плотность твёрдых тел в земных условиях: 1,5 • 10 5 кг/м 3 , т. е. в 13 раз больше плотности свинца. Тем не менее применение газовых законов к веществу, находящемуся в этом состоянии, оправдано тем, что оно ионизовано. Размеры атомных ядер, потерявших свои электроны, примерно в 10 тыс. раз меньше размеров самого атома, а размеры самих частиц довольно малы по сравнению с расстояниями между ними. Это условие, которому должен удовлетворять идеальный газ, для смеси ядер и электронов, составляющих вещество внутри Солнца, выполняется, несмотря на его высокую плотность.

При высокой температуре в центральной части Солнца протоны, которые преобладают в составе солнечной плазмы, имеют столь большие скорости, что могут преодолеть электростатические силы отталкивания и взаимодействовать между собой. В результате такого взаимодействия происходит термоядерная реакция: четыре протона образуют альфа-частицу (ядро гелия) (рис. 5.4).

Термоядерная реакция включает такие этапы:

Как известно из курса физики, все три типа нейтрино (электронное, мюонное и таонное) столь слабо взаимодействуют с веществом, что свободно проходят сквозь Солнце и Землю. Со времени открытия нейтрино в 1953 г. его масса, которая экспериментально не была обнаружена, считалась равной нулю. Первый детектор этих частиц, идущих от Солнца, зарегистрировал поток электронных нейтрино, но он оказался в несколько раз меньше ожидаемого. Возник «парадокс» солнечных нейтрино: или внутреннее строение Солнца не соответствует расчётам, или свойства нейтрино изучены недостаточно полно. Только спустя почти пол века, в 2002 г., удалось решить этот парадокс. Детектором, в котором использовалась тяжёлая вода 2 Н₂O, были зарегистрированы сразу три типа солнечных нейтрино. Оказалось, что значительная часть электронных нейтрино (а именно они рождаются в недрах Солнца в результате термоядерных реакций) по пути к Земле меняют свой тип — «осциллируют». Но это может происходить только в том случае, если нейтрино обладают массой покоя. В результате, с одной стороны, физики получили сведения о том, что нейтрино имеет массу покоя, которые не удавалось получить каким-то иным путём. Согласно имеющимся оценкам, она должна составлять не более нескольких электронвольт. Напомним, что масса электрона примерно 0,5 МэВ, т. е. в несколько десятков тысяч раз больше. С другой стороны, астрофизики убедились в справедливости представлений о термоядерных реакциях, происходящих внутри Солнца. Кинетическая энергия, которую приобретают образующиеся в ходе реакции частицы, поддерживает высокую температуру плазмы, и тем самым создаются условия для продолжения термоядерного синтеза. Энергия гамма-квантов обеспечивает излучение Солнца.

Из недр Солнца наружу эта энергия передаётся двумя способами: излучением, т. е. самими квантами, и конвекцией, т. е. веществом. Выделение энергии и её перенос определяют внутреннее строение Солнца:

— ядро — центральная зона, где при высоком давлении и температуре происходят термоядерные реакции;

— лучистая зона, где энергия передаётся наружу к слою в результате последовательного поглощения и излучения квантов;

— наружная конвективная зона, где энергия от слоя к слою переносится самим веществом в результате перемешивания (конвекции).

Каждая из этих зон занимает примерно 1/3 солнечного радиуса (рис. 5.5).

Сразу за конвективной зоной начинается атмосфера, которая простирается далеко за пределы видимого диска Солнца. Её нижний слой — фотосфера — воспринимается как поверхность Солнца. Верхние слои атмосферы непосредственно не видны и могут наблюдаться либо во время полных солнечных затмений, либо из космического пространства, либо при помощи специальных приборов с поверхности Земли.

Источник

Состав и строение Солнца

Термоядерная реакция включает такие этапы:

— ядро — центральная зона, где при высоком давлении и температуре происходят термоядерные реакции;

Каждая из этих зон занимает примерно 1/3 солнечного радиуса (рис. 5.5).

Источник

База знаний

Наблюдая поверхность Солнца, исследуя все виды солнечного излучения, ученые с помощью измерений и расчетов составили схему строения Солнца, условно разделив его на четыре области.

Внутренняя область (центральная) – ядро, там происходят ядерные реакции. «Сгорает» водород, превращаясь в гелий (за одну секунду 60 млн. тонн водорода). Радиус солнечного ядра равен примерно 1 /₃ радиуса Солнца.
Область лучистого переноса энергии. Там выпущенная ядром энергия в виде квантов гамма-лучей поглощается веществом, атомы которого сами начинают излучать кванты, правда, уже меньшей энергии. Энергия передается наружу последовательно – от слоя к слою.
Область быстро движущихся газов – конвективная зона. В этой зоне в переносе излучения принимает участие уже само вещество. Солнечное вещество перемешивается подобно воде при кипении. Температура по мере приближения к видимой границе Солнца уменьшается до 8000 градусов.
Область атмосферы. Она простирается далеко за пределы видимого диска Солнца и состоит из нескольких частей – фотосферы, хромосферы и короны.

Нельзя говорить, что Солнце имеет поверхность. Самый нижний слой солнечной атмосферы – фотосфера, что по-гречески означает «сфера света», – является источником энергии, которая наблюдается в видимой части спектра Солнца. Фотосфера дает яркий свет и образует видимую поверхность. Она достаточно тонка (всего около 300 км), состоит из непрозрачного вещества и скрывает от нас глубинные области Солнца. Именно здесь окончательно формируется большинство световых и тепловых лучей, посылаемых в пространство.

Фотосфера имеет зернистое строение, и ее продолговатые «зерна», представляющие собой маленькие светлые пятнышки размером около 1000 км, называются гранулами. Это отдельные элементы конвекции. Чередование гранул, окруженных темными промежутками, создает впечатление ячеистой структуры.

Гранулы возникают и распадаются быстрее, чем облака в земной атмосфере, они существуют лишь по несколько минут: вещество, из которого состоит Солнце, находится в постоянном движении. Поэтому гранулированная поверхность Солнца похожа на кипящую рисовую кашу. Светлые гранулы – это поднимающиеся вверх струи горячего газа. В темных промежутках между ними газ опускается – там он холоднее. Эти движения газов порождают акустические волны, которые, распространяясь в верхние слои солнечной атмосферы, производят нагревание газов последующих слоев атмосферы Солнца. В результате верхние слои фотосферы (с температурой около 4000°) становятся самыми «холодными»: как вглубь, так и вверх от них температура газов значительно выше.

Плотность фотосферы составляет не более 10 –6 –10 –7 г/см 3 . Постепенно она переходит в хромосферу – внешние слои Солнца. Здесь температура повышается до нескольких десятков тысяч градусов, а плотность вещества падает. Хромосфера отличается от фотосферы более неправильной неоднородной структурой. Два типа неоднородностей – светлые и темные – по своим размерам превышают фотосферные гранулы и образуют так называемую хромосферную сетку, которая также является следствием движений газов в конвективной зоне.

Внешние слои Солнца заканчиваются короной, которая во время полных солнечных затмений предстает перед нами как чудесное серебристо-жемчужное лучистое сияние, со всех сторон простирающееся вокруг Солнца. Внутренняя часть короны более яркая. Внешняя, менее яркая часть короны характерна лучами, достигающими в длину диаметра Солнца и даже иногда еще более длинными. Общий свет короны примерно вдвое слабее света полной Луны.

Солнечная корона представляет собой сильно разреженную высокоионизованную плазму с температурой около 1 млн. градусов. Солнечный газ в ней разрежается, расширяется, «испаряется» в межпланетное пространство. И корону, и хромосферу из-за их малой плотности и прозрачности в обычных условиях не видно, их наблюдают лишь во время полных солнечных затмений.

На солнечной короне образуется и так называемый солнечный ветер, представляющий собой потоки горячей разреженной плазмы.

Источник