Температура солнца и протекающая термоядерная реакция

Слухи о скором конце оказались несколько преувеличенными

В 2005 году астрофизик Пирс Ван дер Меер выступил с сенсационным заявлением. По его словам, в последнее столетие температура Солнца постоянно растет. Такой процесс, как правило, наблюдается перед метаморфозой обычной звезды в сверхновую. Таким образом, ученый предрекал через шесть лет неизбежный взрыв Солнца и, как следствие, гибель всего живого на Земле. Но зафиксированные НАСА протуберанцы не свидетельствовали ни о каких-либо серьезных изменениях на нашей звезде, а глобальное потепление прошлого века связано с парниковым эффектом, «побочным продуктом» человеческой деятельности. Таким образом, весть о «Судном Дне» оказалась несколько преждевременной.

Какова же на самом деле температура Солнца?

Этот вопрос будоражил ученых еще много веков тому. Бесспорно, наше светило очень горячее, ведь оно дарит тепло, находясь за много тысяч километров от Земли. Но только в ХХ веке астрофизикам удалось подсчитать его более-менее точную температуру. Оказалось, она различается в зависимости от близости к ядру небесного тела. В его середине она составляет целых пятнадцать с половиной миллионов градусов по Цельсию (или 27 млн градусов по Фаренгейту). Верхний слой гелиево-водородной атмосферы звезды раскален до миллиона градусов, а на поверхности температура Солнца по Цельсию составляет 5515 градусов.

Откуда мы это знаем?

Естественно, еще ни один космонавт или управляемый с Земли корабль не летал на наше светило с градусником. Однако температура Солнца в градусах может быть лабораторно вычислена по спектральному излучению. Звезда видится нам желтой. Если бы она была горячее, мы бы называли наше солнышко голубым… Хотя вряд ли бы было кому его называть, ведь возникновение белковой жизни на Земле при таких испепеляющих температурах было бы невозможно. Если бы центр нашей звездной системы был холоднее, он представлялся бы красноватым. Изучая излучение светила через цветовой спектр, ученые выяснили следующее: ниже всего температура на поверхности звезды, а глубже к ядру жар больше.

В каких единицах измеряется температура Солнца?

В быту мы пользуемся двумя системами измерения температуры: по Цельсию (в европейских странах) и по Фаренгейту (в Америке). Но астрофизики пользуются иной метрической системой - по Кельвину. Последнюю шкалу и систему Цельсия легко сопоставить. Ведь у них только ноль не совпадает. Цельсий взял за точку отсчета температуру замерзания воды, а Кельвин - абсолютный ноль. Он составляет минус 273 градуса, именно такой холод царит в безвоздушном пространстве Космоса. Таким образом, температура Солнца, измеряемая по научной шкале, равняется 5800 градусов Кельвина на поверхности, а в ядре - 15 500 273 К. Будут ли эти показатели изменяться со временем? Несомненно! Все звезды - и Солнце не исключение - когда-то рождаются, набирают в массе, преобразуясь в красный гигант. А потом начинается старение: сначала небесное тело становится белым карликом (представляя одно ядро, без короны), потом черным карликом, пока не взорвется Сверхновой звездой. Но нашему светилу, по подсчетам серьезных ученых, осталось еще греть человечество около пяти миллиардов лет.

Как жители прекрасной планеты Земля мы все любим наше единственное Солнце и все зависим от него. Температура Солнца всегда являлась предметом особого интереса. Не удивительно, что легче всего сотворить сенсацию, если периодически сообщать о возможном «охлаждении» Солнца, или о перегреве и даже скором взрыве светила.

Так в 2005 г. В прессе появилась сенсационная информация: Солнце может взорваться через шесть лет! В Интернете публиковался следующий материал:
« Голландский астрофизик доктор Пирс Ван дер Меер, эксперт Европейского космического агентства (ESA), полагает, что некоторые признаки свидетельствуют о том, что Солнце вот-вот взорвется. Температура ядра Солнца, по словам доктора Ван дер Меера, составляющая обычно 27 млн градусов Фаренгейта, за несколько последних лет поднялась до опасных 49 млн градусов. По его мнению, процесс разогрева нашего светила на протяжении последних 11 лет очень похож на изменения, происходящие в звездах перед взрывом Сверхновых - например, в знаменитой Сверхновой 1604 года. Процесс глобального потепления, по его мнению, который мы наблюдаем в настоящее время, связан не с действием парникового эффекта, а как раз с разогревом Солнца. О необычных процессах, происходящих на Солнце, свидетельствуют и снимки гигантских протуберанцев, полученных солнечной и гелиосферной обсерваторией NASA SOHO, ведущей непрерывные наблюдения за светилом из космоса. Вычисления, проведенные сотрудниками доктора Меера, показывают, что если температура солнечных недр будет расти теми же темпами, скоро процесс станет необратимым, и в этом случае Солнце взорвется уже лет через шесть.»

Слава богу, что сразу появились опровержения информации, в частности признающие, что никаких особых вспышек на Солнце или особого нагревания зафиксировано не было. Сенсация оказалась, к нашему счастью, липовой.

Однако сайт, как информационно-образовательный портал не может не посвятить небольшой материал для любознательных о температуре на Солнце.

Излучение Солнца отличается от излучения абсолютно черного тела. Определяемая полным потоком излучения эффективная температура Солнца равна 5760° С, в то время как положение максимума излучения в спектре Солнца соответствует температуре, определенной по закону Вина, около 6750° С. Таким образом, когда говорят об измеряемой температуре поверхности Солнца чаще всего приводят цифру около 6000 °С. Относительное распределение энергии в различных участках спектра дает представление о цветовых температурах Солнца, значение которых весьма сильно меняется даже в пределах одной только видимой области. Так, например, в интервале длин волн 4700-5400 A цветовая температура составляет 6500°С, а рядом в области длин волн 4300-4700 A — около 8000°С. В еще более широких пределах меняется по спектру яркостная температура, которая на участке спектра 1000-2500 A возрастает от 4500° до 5000°, в зеленых лучах (5500 A) близка к 6400°, а в радиодиапазоне метровых волн достигает миллиона градусов!
Важно отметить, что температура солнечного вещества меняется с глубиной. Действительно, непрозрачность сильно нагретых газов неодинакова для различных длин волн. В ультрафиолетовых лучах поглощение больше, чем в видимых. Вместе с тем сильнее всего такие газы поглощают радиоволны. Поэтому радио-, ультрафиолетовое и видимое излучения соответственно относятся к все более и более глубоким слоям Солнца. Учитывая наблюдаемую зависимость яркостной температуры от длины волны, получаем, что где-то вблизи видимой поверхности Солнца расположен слой, обладающий минимальной температурой (около 4500° С), который можно наблюдать в далеких ультрафиолетовых лучах. Выше и ниже этого слоя температура быстро растет.

Из вышесказанного следует, что большая часть солнечного вещества должна быть весьма сильно ионизована. Уже при температуре 5-6 тысяч градусов ионизуются атомы многих металлов, а при температуре выше 10-15 тысяч градусов ионизуется наиболее обильный на Солнце элемент — водород. Следовательно, солнечное вещество представляет собой плазму, т.е. газ, большинство атомов которого ионизовано. Лишь в тонком слое вблизи видимого края ионизация слабая и преобладает нейтральный водород. Температура внутри Солнца достигает по разным оценкам 15-20 млн. градусов.

Это огромная по своей массе звезда, в которой постоянно идет термоядерный синтез, благодаря чему и выделяется тепло. Состоит она из 70% водорода и 28% гелия. Доля металлов в её составе - всего лишь 2%. Температура Солнца в градусах по Цельсию может кардинально различаться. В некоторых местах температура может составлять всего 5 800°С (поверхность), а в других все 13 500 000°С (ядро). Кроме того, на поверхности Солнца присутствует огромное количество темных пятен и некоторых других объектов, которые также имеют большой разброс по температуре.

Как Солнце выделяет такое количество энергии? Данный процесс достаточно сложен. Во внутреннем ядре - термоядерная реакция, а именно деление ядер водорода под большим давлением. В результате этого синтезируется одно ядро гелия, а также освобождается огромное количество энергии. Как известно на данный момент, Солнце израсходовало около половины своих запасов водорода, оставшихся запасов хватит еще на 5 миллиардов лет. По мере расходования топлива, звезда будет постепенно становиться все больше, пока не достигнет троекратного увеличения. Затем Солнце станет маленьким «белым карликом», однако многих планет уже не станет, и Земля относится к их числу. Так или иначе, в исследовательских лабораториях по всему миру ученые постоянно пытаются повторить все эти процессы, которые происходят внутри звезды, чтобы как можно подробнее изучить поведение плазмы в земных условиях.

Атмосфера Солнца возвышается на 500 километров от поверхности светила. Этот промежуток называется фотосферой. Из-за конвекции поток тепла поднимается выше, в фотосферу.

Кроме фотосферы, существует еще и хромосфера, толщина которой составляет около 10 тысяч километров. Разделяется она на две основные зоны:

• нижняя - занимает пространство до 1 500 км, её основу составляет нейтральный водород, средняя её температура находится на уровне 4000°С и увеличивается с повышением высоты;
• верхняя - формируется отдельными спикулами, которые выбрасываются из нижней части хромосферы на высоту до 10 000 км, причем температура здесь намного выше и доходит до 15 000°С. Кроме того, при спектральном анализе ученым удалось обнаружить в её составе гелий, кальций и ионизированный водород.

Хромосфера - это не самая плотная субстанция, поэтому наблюдать её можно только во время полного солнечного затмения либо при помощи специальных узкоспециализированных фильтров.

Протуберанцы

Еще одной важной частью солнечной активности являются протуберанцы. Фактически, они представляют собой плотную конденсацию холодного (по меркам Солнца) вещества, которое удерживает магнитное поле звезды. В зависимости от типа, протуберанцы могут выглядеть как темное пятно, волокно, так и иметь древесную или кустовую формы. Наблюдать их становится возможным, в основном, во время затмения либо через специальный протуберанц-спектроскоп. Кинетическая температура протуберанцев колеблется от 15 000 до 25 000 градусов Цельсия.

На текущий момент не существует однозначной теории, которая бы полностью объяснила возникновение протуберанцев. Принято считать, что эти выбросы происходят благодаря одновременному воздействию гравитации, электричества и магнитной силы.

Заключение

Как можно убедиться, температура Солнца в градусах по Цельсию может иметь колоссальные различия. С одной стороны, звезда дает свет, а с другой, постоянно пытается уничтожить всю жизнь на ней, достаточно лишь вспомнить солнечный ветер, который постоянно оказывает давление на магнитное поле планеты.

– единственная звезда Солнечной системы: описание и характеристика с фото, интересные факты, состав и структура, расположение в галактике, развитие.

Солнце выступает центром и источником жизни для нашей Солнечной системы. Звезда относится к классу желтых карликов и занимает 99.86% всей массы нашей системы, а гравитация по силе преобладает над всеми небесными телами. В древности люди сразу поняли, какое значение имеет Солнце для земной жизни, поэтому упоминание о яркой звезде встречается в самых первых текстах и наскальных рисунках. Это было центральное божество, правящее над всеми.

Давайте изучим самые интересные факты о Солнца - единственной звезде Солнечной системы.

Внутри поместится миллион Земель

• Если мы заполняем нашу звезду Солнце, то внутри поместится 960000 Земель. Но если их сжать и лишить свободного пространства, то количество увеличится до 1300000. Поверхностная площадь Солнца в 11990 раз больше земной.

Вмещает 99.86% массы системы

• По массе превосходит земную в 330000 раз. Примерно ¾ отведено на водород, а остальное – гелий.

Почти идеальная сфера

• Разница между экваториальным и полярным диаметрами Солнца составляет всего 10 км. А значит, перед нами одно из наиболее приближенных к сфере небесных тел.

Температура в центре поднимается к 15 млн. °C

• В ядре тепло создается из-за процесса синтеза, где водород трансформируется в гелий. Обычно горячие объекты поддаются расширению, поэтому наша звезда могла бы взорваться, но удерживается мощной гравитацией. Температура на поверхности возрастает к 5600 °C.

Однажды Солнце поглотит Землю

• Когда Солнце израсходует весь водородный запас (130 млн. лет), то перейдет к гелию. Это заставит ее увеличиваться в размерах и поглощать первые три планеты. Это этап красного гиганта.

Однажды достигнет земного размера

• После красного гиганта оно рухнет и оставит сжатую массу в шарике земного размера. Это стадия белого карлика.

Солнечный луч добирается к нам за 8 минут

• Земля отдалена от Солнца на 150 млн. км. Скорость света – 300000 км/с, поэтому лучу на поездку к нам требуется 8 минут и 20 секунд. Но важно также понимать, что ушли миллионы лет, прежде чем энергия перешла с солнечного ядра на поверхность.

Скорость движения Солнца – 220 км/с

• Солнце отдалено от галактического центра на 24000-26000 световых лет. Поэтому на орбитальный путь тратит 225-250 млн. лет.

Дистанция Земля-Солнце меняется в течение года

• Земля движется по эллиптическому орбитальному пути, поэтому удаленность составляет 147-152 млн. км (астрономическая единица).

Это звезда со средним возрастом

• Возраст Солнца – 4.5 млрд. лет, а значит оно уже сожгло примерно половину водородного запаса. Но процесс будет продолжаться еще 5 млрд. лет.

Наблюдается мощное магнитное поле

• Солнечные вспышки выделяются в период магнитных бурь. Мы видим это в качестве формирования солнечных пятен, где скручиваются магнитные линии и вращаются словно земные торнадо.

Звезда формирует солнечный ветер

• Солнечный ветер представляет собою поток заряженных частичек, проходящих сквозь всю Солнечную систему на ускорении в 450 км/с. Ветер появляется там, где распространяется магнитное поле Солнца.

Наименование Солнца

• Само слово произошло от древнеаглийского, обозначающего «юг». Есть также готические и германские корни. До 700 года н.э. воскресенье называли «солнечный день». Свою роль сыграл и перевод. Изначальное греческое «heméra helíou» перешло в латинское «dies solis».

Характеристики Солнца

Солнце - звезда главной последовательности G-типа с абсолютной величиной 4.83, что ярче примерно 85% других звезд в галактике, многие из которых выступают красными карликами. При диаметре 696342 км и массе – 1.988 х 10 30 кг Солнце в 109 раз крупнее Земли и в 333000 раз массивнее.

Это звезда, поэтому плотность меняется в зависимости от слоя. Средний показатель достигает 1.408 г/см 3 . Но ближе к ядру увеличивается до 162.2 г/см 3 , что в 12.4 раз превосходит земную.

В небе кажется желтым, но истинный цвет – белый. Видимость создается атмосферой. Температура возрастает с приближенностью к центру. Ядро нагревается до 15.7 млн. К, корона – 5 млн. К, а видимая поверхность – 5778 К.

Солнце выполнено из плазмы, поэтому наделено высоким магнетизмом. Есть северный и южный магнитные полюса, а линии формируют активность, наблюдаемую на поверхностном слое. Темные пятна отмечают прохладные точки и поддаются цикличности.

Выброс корональной массы и вспышки происходят, когда линии магнитного поля перенастраиваются. Цикл занимает 11 лет, во время которого активность возрастает и утихает. Наибольшее количество солнечных пятен возникает в максимуме активности.

Кажущаяся величина достигает -26.74, что в 13 млрд. раз ярче Сириуса (-1.46). Земля отдалена от Солнца на 150 млн. км = 1 а.е. Для преодоления этой дистанции световому лучу нужно 8 минут и 19 секунд.

Состав и структура Солнца

Звезда наполнена водородом (74.9%) и гелием (23.8%). Среди более тяжелых элементов присутствуют кислород (1%), углерод (0.3%), неон (0.2%) и железо (0.2%). Внутренняя часть делится на слои: ядро, радиационная и конвективная зоны, фотосфера и атмосфера. Наибольшей плотностью (150 г/см 3) наделено ядро и занимает 20-25% всего объема.

На оборот оси звезда тратит месяц, но это приблизительная оценка, потому что перед нами плазменный шар. Анализ показывает, что ядро вращается быстрее внешних слоев. Пока экваториальная линия тратит 25.4 дней на оборот, то у полюсов уходит 36 дней.

В ядре небесного тела формируется солнечная энергия из-за ядерного синтеза, трансформирующего водород в гелий. В нем создается почти 99% тепловой энергии.

Между радиационной и конвективной зонами расположен переходный слой – тахолин. В нем заметно резкая перемена равномерного вращения радиационной зоны и дифференциальное вращение конвекционной, что вызывает серьезный сдвиг. Конвективная зона находится на 200000 км ниже поверхности, где температура и плотность также ниже.

Видимая поверхность именуется фотосферой. Над этим шаром свет может свободно распространяться в пространство, высвобождая солнечную энергию. В толщину охватывает сотни километров.

Верхняя часть фотосферы уступает по нагреву нижней. Температура поднимается к 5700 К, а плотность – 0.2 г/см 3 .

Атмосфера Солнца представлена тремя слоями: хромосфера, переходная часть и корона. Первая простирается на 2000 км. Переходная занимает 200 км и прогревается до 20000-100000 К. Четких границ у слоя нет, но заметен нимб с постоянным хаотичным движением. Корона прогревается до 8-20 млн. К, на что влияет солнечное магнитное поле.

Гелиосфера – магнитная сфера, простирающаяся за черту гелиопаузы (на 50 а.е. от звезды). Ее также называют солнечным ветром.

Эволюция и будущее Солнца

Ученые убеждены, что Солнце появилось 4.57 млрд. лет назад из-за крушения части молекулярного облака, представленного водородом и гелием. При этом оно запустило вращение (из-за углового момента) и начало нагреваться с ростом давления.

Большая часть массы сконцентрировалась в центре, а остальное превратилось в диск, который позже сформирует известные нам планеты. Гравитация и давление привели к росту тепла и ядерному синтезу. Произошел взрыв и появилось Солнце. На рисунке можно проследить этапы эволюции звезд.

Сейчас звезда пребывает в фазе главной последовательности. Внутри ядра трансформируется больше 4 млн. тон вещества в энергию. Температура постоянно растет. Анализ показывает, что за последние 4.5 млрд. лет Солнце стало ярче на 30% с увеличением в 1% на каждые 100 млн. лет.

Полагают, что в итоге оно начнет расширяться и превратится в красного гиганта. Из-за увеличения размера погибнет Меркурий, Венера и, возможно, Земля. В фазе гиганта пробудет примерно 120 млн. лет.

Потом начнется процесс уменьшения размера и температуры. Оно продолжит сжигать остатки гелия в ядре, пока не закончатся запасы. Через 20 млн. лет оно потеряет стабильность. Земля уничтожится или же раскалится. Через 500000 лет останется лишь половина солнечной массы, а внешняя оболочка создаст туманность. В итоге, мы получим белый карлик, который проживет триллионы лет и лишь потом станет черным.

Расположение Солнца в галактике

Солнце находится ближе к внутреннему краю рукава Ориона в Млечном Пути. Удаленность от галактического центра составляет 7.5-8.5 тысяч парсеков. Находится внутри локального пузыря – полость в межзвездной среде с раскаленным газом.

Ближайшая к нам звезда

Солнце является самым жарким местом в Солнечной системе, поэтому возникает вопрос, какая его температура? Температура на поверхности Солнца составляет примерно 5800 Кельвин, но в центре, температура достигает 15 млн. Кельвин. Почему так происходит?

Что представляет собой Солнце

Оно представляет собой большой плазменный шар из водорода, удерживаемый взаимным притяжением всей своей массы. Эта огромная масса водорода давит на нижележащие слои, поэтому с увеличением глубины, давление растет. Если бы вы могли опуститься в самое ядро Солнца, то в самом его центре, увидели бы, что давление и температура достаточны для запуска реакций ядерного синтеза. Это процесс, в котором протоны объединяются в атомы гелия.

Это происходит только при высоких температурах и под невероятным давлением. Процесс слияния выделяет большое количество энергии и гамма-излучения.

Загадочные «торнадо» на поверхности Солнца

Давление, разогретого до огромных температур, газа в ядре, заставляет его расширяться, при этом останавливается процесс еще большего сжатия. Фактически, оно находится в таком состоянии, когда давление вышележащих слоев, уравновешивается давлением разогретого газа. Солнце находится в идеальном равновесии.

Гравитация старается сжать его как можно сильнее в небольшой шар, и это создает благоприятные условия для ядерного синтеза.