Солнце, состав и внутреннее строение

Энергия и температура Солнца

Солнце – центральное тело Солнечной системы –
является типичным представителем звезд,
наиболее распространенных во Вселенной тел.
Масса Солнца составляет 2•1030 кг.

Как и многие другие звезды, Солнце представляет собою огромный шар, который состоит из водородно-гелиевой плазмы
и находится в равновесии в поле собственного тяготения.

Солнце излучает в космическое пространство колоссальный по мощности поток излучения, который в значительной мере определяет физические условия на Земле и других планетах, а также в межпланетном пространстве.
Земля получает всего лишь одну двухмиллиардную долю солнечного излучения. Однако и этого достаточно, чтобы приводить в движение огромные массы воздуха в земной атмосфере, управлять погодой и климатом на земном шаре.

Большинство источников энергии, которые использует человечество, связаны с Солнцем.
Тепло и свет Солнца обеспечили развитие жизни на Земле, формирование месторождений угля, нефти и газа.

Количество приходящей от Солнца на Землю энергии принято характеризовать солнечной постоянной.
Солнечная постоянная – поток солнечного излучения, который приходит на поверхность площадью 1 м2, расположенную за пределами атмосферы перпендикулярно солнечным лучам на среднем расстоянии Земли от Солнца (1 а.е.).
Солнечная постоянная равна 1,37 кВт/м2 .
Умножив солнечную постоянную на площадь поверхности шара, радиус которого 1 а.е., определим полную мощность излучения Солнца, его светимость, которая составляет
L = 4•1026 Вт.

Состав и строение Солнца

Общие характеристики
Масса Солнца составляет 99,866 % от
массы всей Солнечной системы
Видимый угловой диаметр — 31'31'' в январе,
32'31'' в июле
Средний диаметр 1,392·109 м (109 диаметров Земли)
Масса 1,9891·1030 кг (332 982 масс Земли)
Средняя плотность 1409 кг/м³ (плотность воды в Мёртвом море)
Ускорение свободного падения 274,0 м/с² (27,96 g)

Вращение Солнца
Вращение по зонам (определяется по изменению положения пятен)
Период вращения
на экваторе 25,05 дней,
на полюсе 34,3 дней
Скорость вращения видимых слоев на экваторе7284 км/ч

Солнечная энергия
Солнце вырабатывает энергию путём термоядерных реакций.
Большая часть энергии вырабатывается при протон-протонной реакции , в результате которой из четырёх протонов образуется гелий .
За каждую секунду в излучение превращаются 4,26 млн тонн вещества

Химический состав Солнца:
водород составляет около 70% солнечной массы,
гелий – более 28%,
остальные элементы – менее 2%: железа , никеля, кислорода , азота , кремния , серы , магния , углерода , неона , кальция и хрома. Количество атомов этих элементов в 1000 раз меньше, чем атомов водорода и гелия.
Вещество Солнца сильно ионизовано: атомы, потерявшие электроны своих внешних оболочек и ставшие ионами, вместе со свободными электронами образуют плазму.

Температура Солнца
Закон Стефана-Больцмана
E = σT 4
Закон Вина
Эффективная температура поверхности Солнца 6000К
Температура в центре Солнца 13 5000 000К

Из недр Солнца наружу энергия передается двумя способами:
излучением, т. е. самими квантами, и конвекцией, т. е. веществом.

Внутреннее строение Солнца
Зона термоядерных реакций (ядро) 0-0,3 R
Зона переноса лучистой энергии 0,3 – 0,7 R
Конвективная зона
0,7-1 R
Атмосфера

Выделение энергии и ее перенос определяют внутреннее строение Солнца:
ядро – центральная зона, где при высоком давлении и температуре происходят термоядерные реакции;
«лучистая» зона, где энергия передается наружу от слоя 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.

Сразу за конвективной зоной начинается атмосфера, которая простирается далеко за пределы видимого диска Солнца.
Ее 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.

Строение атмосферы Солнца

Строение атмосферы Солнца
Фотосфера
Солнечная
корона
Хромосфера

Активные образования
Пятна и факелы
Протуберанцы
Вспышки
Солнечный ветер
Количество активных областей и групп пятен на Солнце периодически меняется со временем в среднем в течении примерно 11 лет. Это явление называют циклом Солнечной активности.

Солнечная активность
Солнце обладает сильным магнитным полем, напряжённость которого меняется со временем и которое меняет направление приблизительно каждые 11 лет, во время солнечного максимума.
Во время солнечной активности наблюдается увеличение солнечных пятен, вспышек, протуберанцев, солнечного ветра.
На Земле усиливаются полярные сияния в высоких и средних широтах и геомагнитные бури, которые негативно сказываются на работе средств связи, средств передачи электроэнергии, а также негативно воздействует на живые организмы (вызывают головную боль и плохое самочувствие у людей, чувствительных к магнитным бурям).

Для изучения Солнца используются телескопы особой конструкции – башенные солнечные телескопы.
Башенный солнечный телескоп Крымской астрофизической обсерватории БСТ-1 (1957 г.)
Система зеркал непрерывно поворачивается вслед за Солнцем и направляет его лучи вниз на главное зеркало, а затем они попадают в спектрографы или другие приборы, с помощью которых проводятся исследования Солнца.

Благодаря большому фокусному расстоянию солнечных телескопов (до 90 м) можно получить изображение Солнца диаметром до 80 см и детально изучать происходящие на нем явления.
Они лучше видны на спектрогелиограммах – снимках Солнца, которые сделаны в лучах, соответствующих спектральным линиям водорода, кальция и некоторых других элементов.
Солнце в ультрафиолетовых лучах
Солнце в красных лучах излучения водорода
Солнце в рентгеновских лучах