Солнце является сферой в основе , состоящей из плазмы и газа. Около 91% газа представляет собой водород, за которым следует гелий. Солнце служит самым важным источником энергии для всех живых организмов на Земле. На него приходится 99,86% от общей массы Солнечной системы. Это самое яркое космическое тело, наблюдаемое на небе Земли, и температура Солнца сильно варьируется от ядра к поверхности звезды.

Структура Солнца

Ядро Солнца

В ядре Солнца гравитационное притяжение приводит к огромным температурам и давлению. Температура здесь может достигать 15 миллионов градусов по Цельсию. Атомы водорода в этой области сжимаются, и сливаются вместе для получения гелия в процессе, называемом ядерным синтезом. Ядерный синтез вырабатывает огромное количество энергии, которая излучается к поверхности Солнца и в впоследствии достигает Земли. Энергия от ядра проникает в конвективную зону.

Конвективная зона

Эта зона простирается на 200 000 км и приближается к поверхности. Температура в этой зоне опускается ниже 2 миллионов градусов Цельсия. Плотность плазмы достаточно низка, чтобы создать конвективные токи и транспортировать энергию к поверхности Солнца. Тепловые колонны зоны создают отпечаток на поверхности Солнца, придавая ему гранулированный вид, называемый супергрануляцией в самом большом масштабе и грануляцией в наименьшем масштабе.

Фотосфера

Фотосфера - это внешняя излучающая оболочка Солнца. Большая часть энергии этого слоя полностью вытекает из Солнца. Толщина слоя составляет от десятков до сотен километров, а солнечные пятна на нем темнее и прохладнее, чем окружающий регион. В основе больших солнечных пятен температура может составлять 4 000 градусов Цельсия. Общая температура фотосферы составляет приблизительно 5 500 градусов Цельсия. Энергия Солнца обнаруживается как видимый свет в фотосфере.

Хромосфера

Хромосфера является одним из трех основных слоев атмосферы Солнца и имеет толщину от 3000 до 5000 км. Она расположена прямо над фотосферой. Хромосфера обычно не видна, если нет полного затмения, в течение которого ее красноватый свет окружает лунный диск. Слой обычно не наблюдается без специального оборудования из-за яркости фотосферы. Средняя температура хромосферы составляет около 4 320 градусов по Цельсию.

Корона

Корона простирается на миллионы километров в космос и, как хромосфера, легко видна во время затмения. Температура короны может достигать 2 миллионов градусов Цельсия, и именно эти высокие температуры придают ей уникальные спектральные особенности. Когда она остывает, теряя как радиацию, так и тепло, вещество сдувается в виде солнечного ветра.

– 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.

Средний диаметр	1,392·10 9 м
Экваториальный	6,9551·10 8 м
Длина окружности экватора	4,370·10 9 м
Полярное сжатие	9·10 −6
Площадь поверхности	6,078·10 18 м²
Объём	1,41·10 27 м³
Масса	1,99·10 30 кг
Средняя плотность	1409 кг/м³
Ускорение свободного падения на экваторе	274,0 м/с²
Вторая космическая скорость (для поверхности)	617,7 км/с
Эффективная температура поверхности	5778 К
Температура короны	~1 500 000 К
Температура ядра	~13 500 000 К
Светимость	3,85·10 26 Вт (~3,75·10 28 Лм)
Яркость	2,01·10 7 Вт/м²/ср

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.

Солнцем называется звезда, вырабатывающая тепло в результате происходящих в ней термоядерных реакций по преобразованию молекул водорода в инертный газ — гелий. Измеряется температура в градусах и различается в разных его слоях . Благодаря тому, что Земля находится на огромном расстоянии от светила, мы защищены от его испепеляющего воздействия. Чтобы чувствовать себя в безопасности, человечеству необходимо разгадать все его секреты.

Вконтакте

Строение светила

Как выглядит Солнце и из чего состоит. В своей основе это многослойная плазменно-газовая сфера, внутренний объем которой можно разделить на несколько зон с различным составом, свойствами, поведением и характеристиками вещества.

Строение Солнца можно представить следующим образом:

• ядро — гигантская термоядерная «печь», которая генерирует тепло и энергию в виде фотонов. Именно они несут свет на Землю. Радиус ядра не превышает четверти общего радиуса небесного светила; температура в центре солнца достигает 14 миллионов Кельвинов;
• радиационная (излучающая) зона, имеет толщину около трехсот тысяч километров и характеризуется высокой плотностью. Здесь энергия медленно перемещается к поверхности . По сути это и есть область термоядерного синтеза;
• конвективная зона, где энергия перемещается значительно быстрее на поверхность или в фотосферу;
• над поверхностью начинается зона вихревых газов солнечной атмосферы.

Сферы и их особенности

Фотосфера — самый тонкий и глубинный слой, расположенный выше поверхности Солнца, его можно наблюдать в непрерывном спектре видимого света. Высота фотосферы приблизительно 300 км. Чем глубже слой фотосферы, тем он становится горячее.

Хромосфера — внешняя оболочка , окружающая фотосферу. Ее толщина составляет примерно 10 000 км, и она отличается неоднородной структурой. Корона — внешняя и потому необычайно разреженная часть атмосферы, которую можно увидеть в период полного затмения. Имеет температуру более миллиона градусов.

Атмосфера подвержена постоянным резонансным колебаниям примерно каждые 5 минут . Распространяясь в верхних слоях атмосферы, волны передают им часть энергии, газы других слоев (хромосферы и короны) нагреваются. Поэтому верхняя часть фотосферы на Солнце оказывается самой «холодной».

Внимание! Плотность, температура и давление внутри гигантского термоядерного реактора уменьшаются по мере удаления от ядра.

Температура солнца в градусах различна в каждой из его сфер, так температура Солнца на поверхности составляет 5 800 градусов Цельсия, солнечной короны – 1 500 000 , температура ядра солнца – 13 500 000.

Сила излучения

Мощность излучения очень большая: примерно 385 миллиардов мегаватт. Почти мгновенно 700 млн тонн водорода превращаются в 695 млн тонн гелия и 5 млн тонн гамма-лучей. Из-за высокой температуры звезды синтез, трансформирующий водород в гелий протекает с формированием солнечной энергии и излучением потока фотонов. Такой поток принято называть солнечным ветром , который распространяется со скоростью более 450 км/с.

Благодаря излучению поддерживается жизненные процессы на Земле, определяется ее климат. Формально свечение имеет практически белый цвет, однако, приближаясь к земной поверхности, становится желтого оттенка - это результат рассеивания света и поглощения коротковолновой части спектра .

Солнечный ветер имеет и другое определение — корональные выбросы массы (КВМ), представляющие собой колоссальный фронт радиоактивных ионизированных заряженных частиц , направляемых в космическую бездну и испепеляющих все на своем пути.

Когда фотоны добираются до поверхностных слоев, они заставляют вращаться внешние слои звезды, в результате чего образуются мощные магнитные противостояния и ударные волны.

Разогнавшись до невероятных скоростей газы также генерируют сильные магнитные поля, которые при вращении звезды сталкиваются и вырываются с поверхности.

В космическое пространство извергаются магнитные петли огромного размера . Некоторые из этих образований настолько большие, что Земля смогла бы пройти через них с огромным запасом.

От них отрывается и уносится на огромной скорости сгусток высокорадиоактивной ионизированной плазмы. Это и есть КВМ. Он может повредить космические аппараты и даже угрожать жизни астронавтов. Такой убийственный фронт иногда достигает Земли за 16 часов. Для сравнения: на быстром космическом корабле полет занял бы годы, а солнечному ветру на этот путь нужны всего лишь считанные часы.

Важно! Солнечный ветер представляет смертельную угрозу для существования всего живого на нашей планете. Если бы не было у Земли магнитного поля, создающего непроходимый барьер для частиц, жизнь прервалась бы за пару секунд.

Возникновение

Существуют разные теории возникновения солнца. Вот одна из них. В безграничном пространстве миллионы лет собирались пыль и газ, под действием гравитации и давления произошел рост тепла, что привело к ядерному синтезу и взрыву. Сначала из огромного скопления материала сформировалась звезда , затем близкие к ней планеты.

Многие задаются вопросом, сколько же нашему Солнцу лет и как оно образовалось. Точный возраст светила, конечно, выяснить невозможно. Считается, что единственная звезда в системе появилась 4,57 млрд лет назад.

Существует гипотеза, что срок существования звезды на главной последовательности не превышает 10 млрд лет . Это значит, что сейчас она находится практически посередине своего жизненного периода и по истечении срока своего существования ее свечение станет намного ярче, а температура будет стремительно падать, и светило достигнет этапа красного гиганта. Затем его внешняя оболочка начнет расширяться, а после терять массу. Это может привести к тому, что поверхностные слои могут достигнуть орбиты Земли.

Диаметр диска

Поскольку звезда — это газовый шар, который вращается, то его форма чуть сплюснута по полюсам. Согласно научным исследованиям, на поверхности солнца вообще не имеется твёрдых участков, поэтому термин «диаметр» характеризует размер одного из слоев атмосферы.

Основываясь на астрономических наблюдениях при помощи оптического эффекта «Четок Бейли», этот параметр определяют как диаметр фотосферы - зоны лучистой передачи энергии .

Полученный таким методом средний радиус Солнца составляет 695 990 км. Следовательно, диаметр солнца в километрах составляет 1 млн 392 тыс.

Существует и другой способ вычисления размеров солнечного светила — использование методов гелиосейсмологии с изучением поверхностных гравитационных f-волн, образованных на солнце.

Данные, полученные «сейсмическим» методом показывают иное значение радиуса - 695 700 км , а диаметр солнца в километрах — 1 391 400. Данная величина меньше радиуса фотосферы примерно на 300 км.

Важно! Несмотря на незначительные отличия между двумя значениями (около 0,04%), изменение установленной ранее величины может привести к переоценке других параметров, за исключением плотности и температуры.

Скорость вращения

Нетвердое тело вращается совсем не так, как планеты. У разных слоев звезды свои скорости вращения. Самая большая – в районе экватора, один оборот занимает около 25 дней. Чем дальше расположен слой от экватора, тем скорость его вращения меньше. Так, полюса совершают один оборот примерно за 36 дней . Именно поэтому светило обладает миллионами магнитных полюсов, а не двумя, как наша планета.

Внимание ! Восход и заход в тропических странах вблизи происходит словно по графику - в одно время, каждый день, в течение года. Поэтому сутки в тропиках делятся поровну: продолжительность дня и ночи равна 12 часам.

Внешняя оболочка и ее строение

Поверхностью у принято называть внешние слои, которые сотрясаются чудовищной силы взрывами, выбросами и извержениями Температура солнца в градусах здесь составляет 6000 С⁰.

На поверхности Солнца существует множество необычных образований разного размера, наиболее известные из которых пятна — участки темного цвета , обозначающие места выхода сильных магнитных полей в атмосферу солнца. Вся поверхность солнца покрыта, так называемыми конвективными клетками.

Внимание! На поверхности Солнца случаются частые вспышки, сопровождаемые выбросами высокотемпературной плазмы и газа.

Такая солнечная активность может иметь негативные последствия для нашей планеты. Тем более, что такой процесс носит внезапный и непредсказуемый характер и может длиться от нескольких часов до нескольких суток. То, что многие люди привыкли называть магнитными бурями , негативно влияющие на состояние человека.

Ученым важно знать не только температуру Солнца в градусах по Цельсию и его диаметр в километрах, но и другие характеристики, чтобы отслеживать активность небесной звезды.

Температура на поверхности Солнца в градусах по Цельсию составляет в среднем 5726 градусов, короны – 1500 тысяч и ядра 13,5 млн градусов.

Сегодня можно наблюдать за космической погодой в режиме онлайн , узнавать какова температура Солнца в градусах. Состояние светила оказывает значительное влияние на космическую погоду в нашей системе. Ее определяют по нескольким параметрам:

• потокам ионизированной плазмы,
• жесткого излучения и вспышек,
• силе солнечного ветра.

Температура разных слоев солнца

Строение солнца и другие интересные факты

Вывод

Развитие астрономии дало возможность определять далекую перспективу небесных тел и облегчило сбор информации для метеослужб . Сегодня появилась возможность проводить исследование новых планет, растет уровень безопасности Земли, разрабатываются способы защиты от возможных столкновений с астероидами и другими небесными телами.

Температура - очень важная характеристика состояния вещества, от которой зависят основные его физические свойства. Ее определение - одна из труднейших астрофизических задач. Это связано как со сложностью существующих методов определения температуры, так и с принципиальной неточностью некоторых из них. За редким исключением, астрономы лишены возможности измерять температуру с помощью какого-либо прибора, установленного на самом исследуемом теле. Однако даже если бы это удалось сделать, во многих случаях тепло-измерительные приборы оказались бы бесполезными, так как их показания сильно отличались бы от действительного значения температуры. Термометр дает правильные показания только в том случае, когда он находится в тепловом равновесии с телом, температура которого измеряется. Поэтому для тел, не находящихся в тепловом равновесии, принципиально невозможно пользоваться термометром, и для определения их температуры необходимо применять специальные методы. Рассмотрим основные методы определения температур и укажем важнейшие случаи их применения.

Определение температуры по ширине спектральных линий . Этот метод основан на использовании формулы (7.43), когда из наблюдений известна доплеровская ширина спектральных линий излучения или поглощения. Если слой газа оптически тонкий (самопоглощения нет), а его атомы обладают только тепловыми движениями, то таким путем непосредственно получается значение кинетической температуры. Однако очень часто эти условия не выполняются, о чем прежде всего говорит отклонение наблюдаемых профилей от кривой Гаусса, изображенной на рис. 90. Очевидно, что в этих случаях задача определения температуры на основании профилей спектральных линий сильно усложняется.

Определение температуры на основании исследования элементарных атомных процессов, приводящих к возникновению наблюдаемого излучения . Этот метод определения температуры основан на теоретических расчетах спектра и сравнении их результатов с наблюдениями. Проиллюстрируем этот метод на примере солнечной короны. В ее спектре наблюдаются линии излучения, принадлежащие многократно ионизованным элементам, атомы которых лишены более чем десятка внешних электронов, для чего требуются энергии по крайней мере в несколько сотен электрон-вольт. Мощность солнечного излучения слишком мала, чтобы вызвать столь сильную ионизацию газа. Ее можно объяснить только столкновениями с энергичными быстрыми частицами, главным образом свободными электронами. Следовательно, тепловая энергия значительной доли частиц в солнечной короне должна равняться нескольким сотням электрон-вольт. Обозначая через е энергию, выраженную в электрон-вольтах и учитывая (7.13), имеем Т = 11 600 в.

Тогда энергию в 100 эв большинство частиц газа имеет при температуре более миллиона градусов.

Определение температуры на основании применения законов излучения абсолютно черного тела . На применении законов излучения абсолютно черного тела (строго говоря, справедливых только для термодинамического равновесия) к наблюдаемому излучению основан ряд наиболее распространенных методов определения температуры. Однако по причинам, упомянутым в начале этого параграфа, все эти методы принципиально неточны и приводят к результатам, содержащим большие или меньшие ошибки. Поэтому их применяют либо для приближенных оценок температуры, либо в тех случаях, когда удается доказать, что эти ошибки пренебрежимо малы. Начнем именно с этих случаев.

Оптически толстый, непрозрачный слой газа в соответствии с законом Кирхгофа дает сильное излучение в непрерывном спектре. Типичным примером могут служить наиболее глубокие слои атмосферы звезды. Чем глубже находятся эти слои, тем лучше они изолированы от окружающего пространства и тем ближе, следовательно, их излучение к равновесному. Поэтому для внутренних слоев звезды, излучение которых до нас совсем не доходит, законы теплового излучения выполняются с высокой степенью точности.

Совсем иначе обстоит дело с внешними слоями звезды. Они занимают промежуточное положение между полностью изолированными внутренними слоями и совсем прозрачными самыми внешними (имеется в виду видимое излучение). Фактически мы видим те слои, оптическая глубина которых не слишком сильно отличается от 1. Действительно, более глубокие слои хуже видны вследствие быстрого роста непрозрачности с глубиной, а самые внешние слои слабо излучают (напомним, что излучение оптически тонкого слоя пропорционально его оптической толщине). Следовательно, излучение, выходящее за пределы данного тела, возникает в основном в слоях. Иными словами, те слои, что мы видим, расположены на глубине, начиная с которой газ становится непрозрачным, Для них законы теплового излучения выполняются лишь приблизительно. Так, например, для звезд, как правило, удается подобрать такую планковскую кривую, которая, хотя и очень грубо, все же напоминает распределение энергии в ее спектре. Это позволяет с большими оговорками применить законы Планка, Стефана - Больцмана и Вина к излучению звезд.

Рассмотрим применение этих законов к излучению Солнца, На рис. 91 изображено наблюдаемое распределение энергии в спектре центра солнечного диска вместе с несколькими планковскими кривыми для различных температур. Из этого рисунка видно, что ни одна из них в точности не совпадает с кривой для Солнца. У последней максимум излучения выражен не так резко. Если принять, что он имеет место в длине волны max = 4300 Å, то температура, определенная по закону смещения Вина, окажется равной Т ( шах) = 6750°.

Полная энергия, излучаемая 1 см 2 поверхности Солнца, равна

e ¤ = 6,28×10 10 эрг/см 2 × сек.

Подставляя это значение в формулу (7.33) закона Стефана - Больцмана, получаем так называемую эффективную температуру

Итак, эффективной температурой тела называется температура такого абсолютно черного тела, каждый квадратный сантиметр которого во всем спектре излучает такой же поток энергии, как и 1 см 2 данного тела.

Аналогичным образом вводятся понятия яркостной и цветовой температуры. Яркостной температурой называется температура такого абсолютно черного тела, каждый квадратный сантиметр которого в некоторой длине волны излучает такой же поток энергии, как и данное тело в той же длине волны. Чтобы определить яркостную температуру, надо применить формулу Планка к наблюдаемой монохроматической яркости излучающей поверхности. Очевидно, что в различных участках спектра реальное тело может иметь различную яркостную температуру. Так, например, из рис. 91 видно, что кривая для Солнца пересекает различные планковские кривые, соответствующие температуры которых показывают изменение яркостной температуры Солнца в различных участках видимого спектра.

Определение яркостной температуры требует очень сложных измерений интенсивности излучения в абсолютных единицах. Гораздо проще определить изменение интенсивности излучения в некоторой области спектра (относительное распределение энергии).

Температура абсолютно черного тела, у которого относительное распределение энергии в некотором участке спектра такое же, как и у данного тела, называется цветовой температурой тела. Возвращаясь снова к распределению энергии в спектре Солнца, мы видим, что в области длин волн 5000-6000 Å наклон кривой для Солнца на рис. 91 такой же, как и у планковской кривой для температуры 7000° в той же области спектра.

Введенные выше понятия эффективной, яркостной и цветовой температуры являются таким образом лишь параметрами, характеризующими свойства наблюдаемого излучения. Чтобы выяснить, с какой точностью, и на какой глубине они дают представление о действительной температуре тела, необходимы дополнительные исследования

Проанализируем результаты. Определяемая полным потоком излучения эффективная температура Солнца оказалась равной 5760°, в то время как положение максимума излучения в спектре Солнца соответствует температуре, определенной по закону Вина, около 6750°. Относительное распределение энергии в различных участках спектра позволяет найти цветовые температуры, значение которых весьма сильно меняется даже в пределах одной только видимой области. Так, например, в интервале длин волн 4700-5400 Å цветовая температура составляет 6500°, а рядом в области длин волн 4300-4700 Å - около 8000°. В еще более широких пределах меняется по спектру яркостная температура, которая на участке спектра 1000-2500 Å возрастает от 4500° до 5000°, в зеленых лучах (5500 Å) близка к 6400°, а в радиодиапазоне метровых волн достигает миллиона градусов! Для наглядности все перечисленные результаты сведены в табл. 4.

Различие между данными, приведенными в табл. 4, имеет принципиальное значение и приводит к следующим важным выводам:

1. Излучение Солнца отличается от излучения абсолютно черного тела. В противном случае все значения температур, приведенные в табл. 4, были бы одинаковыми.

2. 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 ко 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°), который можно наблюдать в далеких ультрафиолетовых лучах. Выше и ниже этого слоя температура быстро растет.

3. Из предыдущего 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

Из табл. 5 видно, что в недрах Солнца температура превышает 10 миллионов градусов, а давление - сотни миллиардов атмосфер (1 атм = 103 дин/см2). В этих условиях отдельные атомы движутся с огромными скоростями, достигающими, например, для водорода, сотен километров в секунду. Поскольку при этом плотность вещества очень велика, весьма часто происходят атомные столкновения. Некоторые из таких столкновений приводят к тесным сближениям атомных ядер, необходимым для возникновения ядерных реакций.

В недрах Солнца существенную роль играют две ядерные реакции. В результате одной из них, схематически изображенной на рис. 130, из четырех атомов водорода образуется один атом гелия. На промежуточных стадиях реакции образуются ядра тяжелого водорода (дейтерия) и ядра изотопа Не 3 . Эта реакция называется протон-протонной.

Другая реакция в условиях Солнца играет значительно меньшую роль. В конечном счете она также приводит к образованию ядра гелия из четырех протонов. Процесс сложнее и может протекать только при наличии углерода, ядра которого вступают в реакцию на первых ее этапах и выделяются на последних. Таким образом, углерод является катализатором, почему и вся реакция носит названия углеродного цикла.

Исключительно важным является то обстоятельство, что масса ядра гелия почти на 1% меньше массы четырех протонов. Эта кажущаяся потеря массы называется дефектом массы и является причиной выделения в результате ядерных реакций большого количества энергии.

Описанные ядерные реакции являются источником энергии, излучаемой Солнцем в мировое пространство.

Так как наибольшие температуры и давление создаются в самых глубоких слоях Солнца, ядерные реакции и сопровождающее их энерговыделение наиболее интенсивно происходит в самом центре Солнца. Только здесь наряду с протон-протонной реакцией большую роль играет углеродный цикл. По мере удаления от центра Солнца температура и давление становятся меньше, выделение энергии за счет углеродного цикла быстро прекращается и вплоть до расстояния около 0,2-0,3 радиуса от центра существенной остается только протон-протонная реакция. На расстоянии от центра больше 0,3 радиуса температура становится меньше 5 миллионов градусов, а давление ниже 10 миллиардов атмосфер. В этих условиях ядерные реакции происходить совсем не могут. Эти слои только передают наружу излучение, выделившееся на большей глубине в виде гамма-квантов, которые поглощаются и переизлучаются отдельными атомами. Существенно, что вместо каждого поглощенного кванта большой энергии атомы, как правило, излучают несколько квантов меньших энергий. Происходит это по следующей причине. Поглощая, атом ионизуется или сильно возбуждается и приобретает способность излучать. Однако возвращение электрона на исходный энергетический уровень происходит не сразу, а через промежуточные состояния, при переходах между которыми выделяются кванты меньших энергий. В результате этого происходит как бы “дробление” жестких квантов на менее энергичные. Поэтому вместо гамма-лучей излучаются рентгеновские, вместо рентгеновских - ультрафиолетовые, которые в свою очередь уже в наружных слоях дробятся на кванты видимых и тепловых лучей, окончательно излучаемых Солнцем.

Та часть Солнца, в которой выделение энергии за счет ядерных реакций несущественно и происходит процесс переноса энергии путем поглощения излучения и последующего переизлучения, называется зоной лучистого равновесия. Она занимает область примерно от 0,3 до 0,7 r ¤ от центра Солнца. Выше этого уровня в переносе энергии начинает принимать участие само вещество, и непосредственно под наблюдаемыми внешними слоями Солнца, на протяжении около 0,3 его радиуса, образуется конвективная зона, в которой энергия переносится конвекцией.

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.