Солнце: различия между версиями

Материал из Altermed Wiki
Перейти к навигации Перейти к поиску
Строка 139: Строка 139:
== Примечания ==
== Примечания ==
<references />
<references />
[[Категория:Ревизия 2019.05.18‏‎]]

Версия от 17:25, 18 мая 2019

Основной источник статьи: Большая российская энциклопедия[1]

СО́ЛНЦЕ — ближайшая к нам звезда, центральное тело Солнечной системы.

Солнце как звезда

Основные характеристики

Изображение Солнца в белом свете. В западном полушарии видна активная область с крупным солнечным пятном. Отчётливо заметен эффект потемнения Солнца к краю, обусловленный радиальным градиентом температуры: в центральной части диска наблюдатель видит более глубокие, более горячие слои.

Среднее расстояние от Земли до Солнца (астрономическая единица, а. е.) равно 149597870700 м (свет проходит это расстояние примерно за 500 секунд).

Солнечный параллакс (угол, под которым из центра Солнца виден экваториальный радиус Земли, находящейся на среднем расстоянии от Солнца, равен 8",794 (4,263•10–5 рад).[2]

Средний угловой диаметр Солнца составляет 1919",26 (9,305•10–3 рад), чему соответствует линейный диаметр С. 1,392•109 м (в 109 раз больше диаметра экватора Земли).

Солнце представляет собой газовый (плазменный) шар.

Масса Солнца составляет 1,99·1030 кг, радиус равен 696230 км, сжатие очень малó – полярный радиус меньше экваториального всего на 6 км. Средняя плотность вещества Солнца 1409 кг/м3.[2]

В Солнце сосредоточено 99,866% массы Солнечной системы.[2]

Ускорение силы тяжести на поверхности Солнца gС=274 м/с2.

Параболическая скорость на поверхности Солнца (вторая космическая скорость) 6,18•105 м/сек.[2]

Солнце вращается вокруг своей оси со средним периодом около 27 сут, однако его вращение дифференциально: на экваторе период вращения близок к 25 суткам, в полярных областях превышает 30 суток. Эффект дифференциального вращения вместе с меридиональной циркуляцией – очень медленными течениями газа от экватора к полюсам – играет определяющую роль в циклической генерации магнитных полей на Солнце, обеспечивающих солнечную активность.

Температура видимых глазом поверхностных слоёв Солнца (фотосферы Солнца) равна 5770 К.

Количество энергии, которое получает от Солнца на среднем расстоянии от него в 1 а. е. площадка в 1 м2, ориентированная перпендикулярно солнечным лучам за пределами земной атмосферы, составляет 1367,6 Вт/м2 (солнечная постоянная).

Общая светимость Солнца (количество энергии, испускаемой всей его поверхностью за 1 секунду) равна 3,846·1026 Вт.

Видимая звёздная величина Солнца mV=–26,73, абсолютная звёздная величина М=4,83.

В спектральной классификации звёзд Солнце отнесено к классу dG2 – жёлтый карлик класса G2.

История наблюдений

Источник раздела: Большая советская энциклопедия[2]

История телескопических наблюдений С. начинается с наблюдений, выполненных Г. Галилеем в 1611; были открыты Солнечные пятна, определён период обращения Солнца вокруг своей оси.

Развитие методов спектрального анализа позволило изучить физические условия на Солнце. В 1814 Й. Фраунгофер обнаружил тёмные линии поглощения в спектре Солнца — это положило начало изучению химического состава Солнца.

С 1836 регулярно ведутся наблюдения затмений Солнца, что привело к обнаружению короны и хромосферы Солнца, а также солнечных протуберанцев.

В 1843 немецкий астроном Г. Швабе обнаружил цикличность солнечной активности.

В 1913 американский астроном Дж. Хейл наблюдал зеемановское расщепление фраунгоферовых линий спектра солнечных пятен и этим доказал существование на Солнце магнитных полей.

В 1931 Б. Лио изобрёл солнечный коронограф, позволивший наблюдать корону и хромосферу вне затмений.

В начале 40-х гг. 20 века было открыто радиоизлучение Солнца.

К 1942 шведский астроном Б. Эдлен и другие отождествили несколько линий спектра солнечной короны с линиями высокоионизованных элементов, доказав этим высокую температуру в солнечной короне.

Существенным толчком для развития физики Солнца во 2-й половине 20 века послужило развитие магнитной гидродинамики и физики плазмы. После начала космической эры изучение ультрафиолетового и рентгеновского излучения Солнца ведётся методами внеатмосферной астрономии с помощью ракет, автоматических орбитальных обсерваторий на спутниках Земли, космических лабораторий с людьми на борту.

Спектр Солнца

Солнце имеет непрерывный спектр излучения, подобный спектру абсолютно чёрного тела с температурой, соответствующей температуре фотосферы, но на его фоне наблюдаются многочисленные тёмные фраунгоферовы линии. Эти линии появляются в спектре вследствие поглощения квантов света в верхних, более холодных слоях солнечной атмосферы. Непрерывный спектр Солнца наиболее интенсивен в видимом диапазоне длин волн – от синих (430 нм) до красных (около 760 нм). В этой области спектра Солнце особенно выделяются линии ионизованного кальция (дублет Н и K), линии бальмеровской серии водорода Нα, Нβ и Нγ, а также многочисленные линии металлов.

Химический состав Солнце, устанавливаемый по исследованиям спектральных линий: 73,7% (по массе) – водород, 24,5% – гелий, на долю всех остальных химических элементов приходится лишь 1,8%.

В видимом диапазоне спектра Солнца излучается около половины всей энергии, 41% приходится на инфракрасное излучение с длиной волны 760–5000 нм, 9% – на ультрафиолетовое излучение с длиной волны 100–400 нм.

В ультрафиолетовой области на длинах волн 200–400 нм спектр Солнца также описывается законами излучения абсолютно чёрного тела.

На волнах короче 200 нм интенсивность непрерывного спектра Солнца резко падает, появляются эмиссионные линии. Наиболее интенсивной из них является линия лаймановской серии водорода Lα с длиной волны 121,5 нм.

В рентгеновской области (0,1–10 нм) плотность потока излучения Солнца весьма мала (около 5•10–4 Вт/м2).

Интенсивность излучения Солнца в ультрафиолетовом и рентгеновском диапазонах очень сильно меняется с изменением уровня солнечной активности. Ультрафиолетовое излучение Солнца возникает в хромосфере Солнца – следующем за фотосферой слое солнечной атмосферы толщиной около 2000 км и температурой 8–10 тысяч К. Рентгеновское излучение также исходит из хромосферы и расположенной над нею ещё более горячей (около 1–2 млн. К), но сильно разреженной и чрезвычайно протяжённой солнечной короны.

Кроме того, Солнце является мощным источником радиоизлучения. Хромосфера Солнца излучает радиоволны в миллиметровом и сантиметровом диапазонах, солнечная корона – дециметровые и метровые радиоволны. В радиоизлучении Солнца выделяют две составляющие – постоянную и переменную. Первая соответствует радиоизлучению спокойного Солнца, вторая отражает явления солнечной активности и проявляется в виде всплесков и шумовых бурь. Это радиоизлучение имеет нетепловую природу и при вспышках возрастает в тысячи и миллионы раз по сравнению с радиоизлучением спокойного Солнца.

Долгое время наблюдению с Земли была доступна лишь видимая часть солнечного спектра. С наступлением космической эры в последней трети 20 века стало возможным выносить телескопы за пределы земной атмосферы, и гелиофизика, как и вся современная астрономия, стала всеволновой. Ныне наблюдениям доступно как длинноволновое солнечное излучение, то есть инфракрасная часть спектра и радиодиапазон от миллиметровых до километровых длин волн (солнечная радиоастрономия в меньшей степени подвержена влиянию атмосферы и поэтому получила бурное развитие уже с начала 1950-х годов), так и коротковолновое излучение (ультрафиолетовое, рентгеновское и гамма-излучение), полностью поглощаемое земной атмосферой. Орбитальные солнечные обсерватории позволяют вести регулярные наблюдения Солнца в ультрафиолетовом и рентгеновском диапазонах. В отдельных случаях благодаря участию неспециализированных телескопов удаётся измерить потоки гамма-лучей (с энергией до 100 МэВ) от активных событий на Солнце. При помощи космических аппаратов постоянно отслеживаются в различных энергетических диапазонах потоки солнечных космических лучей (в основном ускоренных в солнечных вспышках электронов и протонов), играющих важную роль в формировании космической погоды на орбите Земли.

Источник энергии Солнца

Термоядерные реакции – источник всей энергии Солнца – возможны только в солнечном ядре, где температура достигает 15,6 млн. К, а плотность – 1,6•105 кг/м3. Основная термоядерная реакция, обеспечивающая до 99% солнечной энергии, – это водородный цикл, конечным результатом которого является образование ядра гелия (α-частицы) из 4 ядер водорода – протонов. Масса образовавшегося ядра меньше суммарной массы 4 протонов, и эта разница масс превращается в энергию излучения нейтрино и жёстких γ-квантов. Другой термоядерный цикл – углеродно-азотный цикл, играет малую роль; на его долю приходится всего около 1% энергопроизводства Солнца. Эффективность термоядерных реакций в ядре Солнца такова, что из 1 кг водорода 7 г превращается в излучение. Каждую секунду на Солнце «выгорает» около 4,3 млн. т водорода. В таком режиме Солнце существует уже около 4,5 млрд. лет, но его масса настолько велика, что её хватит ещё примерно на такой же период времени. Гамма-кванты, порождённые в ядре Солнца, многократно поглощаются и переизлучаются атомами солнечного вещества, и с поверхности Солнца их энергия излучается главным образом в виде оптического и инфракрасного излучения.

Прямую информацию о протекании термоядерных реакций синтеза в ядре Солнца даёт нейтринная астрономия, поскольку нейтрино, рождающиеся в этих реакциях, практически без поглощения проходят всю толщину солнечного шара и попадают на Землю, где они могут быть уловлены специальными детекторами.

Внутреннее строение Солнца

Схема строения Солнца:
1 – ядро;
2 – зона лучистого переноса;
3 – конвективная зона;
4 – фотосфера;
5 – хромосфера;
6 – солнечная корона (в УФ-излучении);
7 – солнечная корона (в белом свете);
8 – солнечные пятна;
9 – протуберанец;
10 – корональный выброс массы.

Солнце можно условно разделить на ряд физически различных зон: ядро, в котором происходит энерговыделение, занимает 0,2 радиуса Солнца; после него вплоть до расстояния 0,69 радиуса Солнца следует зона лучистого переноса, в которой вещество находится в состоянии гидростатического равновесия, а поток энергии передаётся в радиальном направлении от нижних слоёв к верхним за счёт поглощения и последующего излучения фотонов, частота которых, как и температура солнечного вещества, снижается по мере удаления от центра. Вся эта внутренняя часть Солнца вращается как твёрдое тело с периодом около 27 суток. Далее, в узком слое на расстоянии от 0,69 до 0,72 радиуса Солнца, который называется тахоклином, происходит резкий переход к дифференциальному вращению, близкому к тому, что наблюдается на поверхности Солнца, и от механизма лучистого переноса энергии к конвективному. По современным представлениям, тахоклин играет важнейшую роль в генерации переменных магнитных полей на Солнце. Начиная с тахоклина температура солнечной плазмы уменьшается, а её непрозрачность возрастает настолько, что лучистый перенос оказывается неспособен переносить наверх поток энергии, выработанной в ядре, и с уровня 0,72 радиуса Солнца возникает развитая конвективная зона. Здесь перенос энергии производится конвекцией, то есть за счёт вертикального перемешивания вещества, при котором отдельные горячие элементы газа (плазмы) поднимаются наверх, перенося с собой тепловую энергию, расширяются и охлаждаются по мере подъёма, а затем, опускаясь в нижние более горячие слои, нагреваются, и процесс повторяется. Такой перенос энергии оказывается в несколько раз более эффективным, чем лучистый, и поток тепла на поверхности Солнца почти целиком переносится к фотосфере конвекцией.

Атмосфера Солнца и солнечный магнетизм

Гигантский петельный протуберанец. Вверху показан для сравнения земной шар. Снимок получен в 2011 космической обсерваторией «Solar Dynamics Observatory» (NASA).

В фотосфере – узком слое толщиной всего около 300 км – следы конвекции, происходящей в нижележащих слоях, ещё видны в виде ячеистой грануляции (размер гранулы около 106 м, время жизни около 10 минут), но непосредственно в фотосфере конвекция прекращается и здесь опять начинает доминировать лучистый перенос энергии. По мере удаления от нижней границы фотосферы вверх температура газа падает до 4400 К на высоте 560 км (температурный минимум), но далее температура газа снова начинает расти с высотой. В хромосфере, в верхней её части на уровне очень тонкого переходного слоя от хромосферы к короне, температура газа составляет уже 20 тысяч К, а затем она стремительно, на протяжении всего нескольких тысяч километров, вырастает до значений около 1 млн. К в солнечной короне. Это обусловлено тем, что в конвективной зоне и фотосфере присутствует, кроме электромагнитного излучения и горячей, хорошо проводящей электрический ток и постоянно перемешиваемой конвективными движениями плазмы, ещё один вид материи, обладающий определённой энергией, способный переносить эту энергию на большие расстояния и выделять её в других формах. Это – магнитное поле Солнца. Общее магнитное поле Солнца, имеющее в первом приближении структуру, близкую к дипольной, относительно невелико – всего 1–2 Гс [(1–2)·10–4 Тл], то есть лишь в 2–4 раза больше, чем магнитное поле Земли, но в активных областях Солнца напряжённость магнитного поля составляет уже сотни Гс, а в солнечных пятнах – 2–4 кГс, и его локальная структура может быть очень сложной (перекрученные магнитные жгуты). Важнейшая роль магнитного поля на Солнце состоит в том, что все известные проявления солнечной активности [комплексы активности, активные области и их отд. элементы – солнечные пятна, факелы, солнечные вспышки, протуберанцы, корональные дыры, корональные выбросы массы и др.] имеют магнитную природу (см. Солнечный магнетизм). Нагрев хромосферы и короны также обусловлен наличием на Солнце магнитного поля. Он может быть обеспечен как непосредственной диссипацией магнитной энергии при пересоединениях магнитных силовых линий в мелкомасштабных токовых слоях (нановспышки), так и диссипацией энергии магнитогидродинамических волн, переносимых вдоль магнитного поля из-под фотосферы в вышележащие и сильноразреженные слои солнечной атмосферы. Детали механизма коронального нагрева пока не ясны, но общий смысл процесса не вызывает сомнений.

Солнечный ветер и гелиосфера

Солнечная корона вследствие её высокой температуры не может удерживаться гравитацией в состоянии статического равновесия, по мере удаления от Солнца она переходит в динамический режим убегания, превращаясь в солнечный ветер – уходящий от Солнца по всем направлениям поток плазмы. Область пространства вокруг Солнца, заполненная солнечным ветром, солнечными магнитными полями и солнечными космическими лучами, называется гелиосферой. Несмотря на то, что солнечный ветер испускается Солнцем по всем направлениям, гелиосфера имеет вытянутую форму, что объясняется движением Солнца относительно межзвёздной среды. На определённом расстоянии от Солнца, далеко за орбитой Плутона, сверхзвуковой солнечный ветер сталкивается с межзвёздным газом и резко замедляется. Здесь формируется ударная волна, после прохождения через которую течение газа становится дозвуковым. Межзвёздный газ, обтекая фронт ударной волны, формирует протяжённый газовый шлейф, вытянутый в направлении, противоположном направлению движения Солнца. Внешняя поверхность гелиосферы, где солнечный ветер встречается с межзвёздной средой, называется гелиопаузой. Расстояние до гелиопаузы и её форма пока плохо определены, но межпланетные станции «Вояджер-1» и «Вояджер-2», запущенные в 1977 для исследования Юпитера и Сатурна, в конце 2010 пересекли всю Солнечную систему и начали проходить в двух разных точках через гелиопаузу, покидая пределы Солнечной системы как области, в которой доминирует солнечный ветер. В августе 2012 «Вояджер-1» вышел за пределы Солнечной системы на расстоянии 121,7 а. е. от Солнца. Полученная от миссии информация помогла уточнить границы и физические условия на гелиопаузе.

Литература и гиперссылки статьи Большой российской энциклопедии

Мифология

Источник раздела: Новая астрологическая энциклопедия[3]

В мифологических и религиозных представлениях народов мира Солнце зачастую рисовалось в мужском обличье, но нередки и представления Солнца в женском роде (японская богиня Аматэрасу, грузинская богиня Барбале и др.).

У некоторых народов Солнце воспринимается как то или иное животное. Так, в саамском эсхатологическом мифе тропа чудесного оленя-оборотня Мяндаша — это тропа Солнца. На золоторогого белого оленя охотится бог-громовник; когда в оленя попадёт первая стрела, то горы извергнут огонь, реки потекут вспять, иссякнут источники; когда вторая стрела вопьётся Мяндашу в лоб, огонь охватит землю, лёд закипит. Когда же собаки громовника схватят оленя и бог вонзит в его сердце нож, звёзды падут с небес, утонет Солнце, потухнет Луна, на земле останется прах.

Представление о колеснице Солнца, запряжённой конями, является общим для всех ранних индоевропейских традиций (индоиранской, хеттской, греческой, германской и др.). Уже во II тысячелетии до н.э. это представление распространяется (как и сама колесница) в культурах Евразии. О такой колеснице Солнца говорится в гимне египетского фараона Эхнатона; сходное представление западных семитов зафиксировано в Библии, где рассказывается, что, борясь с идолопоклонниками царь Иосия "колесницы Солнца сжёг огнём" (4 Цар. 23:11); в угаритском эпосе встречается заимствованное из хеттского особое обозначение вотивного солнечного диска; колесница Солнца, запряжённая конями, известна в китайской традиции.

Другим распространённым образом, связанным с видимым движением Солнца, является ладья (или барка), на которой заходящее Солнце отправляется в преисподнюю, а утром выплывает на небо (например Гелиос). У египтян считалось, что Ра плывёт на лодке не только по подземной реке, но и днём по небу. Любопытно, что по египетским представлениям, из барки, в которой Ра совершает свой путь, исходит синий свет. Е.Блаватская в связи с этим пишет: "Древние египтяне учили, что настоящий цвет Солнца — синий; также и Макробий указывает, что его цвет перед схождением за горизонт и после исчезновения за ним — чисто синий…".

Неожиданное подтверждение этого факта дало открытие, совершенное в 1881 г. профессором Лэнгли. Он установил, что своей кажущейся жёлто-оранжевой окраской Солнце обязано лишь эффекту поглощения, вызываемому его атмосферой, состоящей из газов, главным образом, металлических, но что на самом деле "Солнце не белое, а синее".

В мифологии получило отражение и наличие пятен на Солнце. Так, в мифологии коми творец зла Омоль, взяв волшебную рукавицу, полез на дерево за Солнцем, от которого оторвал половину. Однако Омоль зацепился за сук и, будучи проклят богом-демиургом Еном, выпустил половину Солнца, так что та соединилась с другой половиной, но оставил на Солнце пятна — следы пальцев.

См. также Солярные мифы.

В астрологии

Источник раздела: Новая астрологическая энциклопедия[3]

-

Видео

Примечания