понедельник, 1 июня 2015 г.

Звезда по имени СОЛНЦЕ

..... через час уже просто земля,
через два на ней цветы и трава,
         через три она снова жива
      И согрета лучами Звезды
             по имени Солнце.
 В.Цой




Сегодня переходим к более подробному рассмотрению объектов нашей планетной системы. И начнём с нашей звезды, без которой бы, скорее всего  нас и не существовало. Да - это Солнце.
В чём для нас  уникальность Солнца. В том, что это единственная звезда находящаяся от нас относительно близко и находится в зоне  досягаемости для прямых научных исследований. Но для Вселенной, это всего лишь звезда. Желтый карлик.
Солнце изучается довольно активно. Проектов по изучению Солнца существует множество. За активностью нашей Звезды ведутся постоянные наблюдения.


Рассмотрим более детально характеристики Солнца.
  • Расстояние до Солнца - 149,6 млн.км. Что принято считать 1 а.е. Расстояние от Солнца свет проходит за 8,31 минут.
  • Масса Солнца 1,989×10³°кг, что соответствует 333 000 масс Земли.
  • Радиус Солнца 695 990 км это в 109 раз больше радиуса Земли. Скорость вращения вокруг оси различна на экваторе и полюсах, составляет 25 и 30 суток соответственно.
  • Температура поверхности Солнца: 5770 К
  • Температура в центре Солнца: 15 600 000 К
  • Солнце состоит в основном из водорода и гелия.
  • Плотность плазмы Солнца растёт от поверхности (2.07  ·  10-7г/см3, это меньше плотности воздуха) к центру (150 г/см3, что в 8 раз больше плотности золота).
  • Возраст Солнца оценивают в  4.57 миллиардов лет




Переходим к внутреннему строению Солнца и его атмосфере (внешнее строение).

Условно внутреннее строение состоит из четырёх зон, в которых происходят различные физические процессы.

Центральная область - Ядро.

Здесь происходит ядерная реакция образования гелия из водорода. Эта реакция происходит при очень высокой температуре и составляет примерно 15 миллионов градусов. В результате этой реакции высвобождается колоссальная энергия передаваемая внешним слоям посредством излучения. Также образуются элементарные частицы - нейтрино. Эти частицы проходят сквозь все зоны Солнца, пронизывая межпланетное пространство. Нейтрино могут быть зарегистрированы даже на Земле.

Следующая зона - зона лучистого переноса, называемая просто, лучистая зона.

Поскольку перенос энергии происходит благодаря излучению, отсюда и такое название этой зоны. Фотоны, получаемые в Ядре движутся в лучистой зоне со скоростью света и сталкиваются с частицами плазмы, в результате происходит процесс многократного переизлучения. В следствии чего фотон покидает лучистую зону через примерно миллион лет.
Плотность плазмы от начала зоны к внешней границе заметно падает, а температура уменьшается с 7 млн. градусов до 2 млн.

Далее идёт тонкий пограничный слой - тахоклин.

Эта граница раздела, возможно играет важную роль в создании магнитного поля Солнца. Предполагается, что именно здесь потоки плазмы вытягивают силовые линии, что способствует увеличению напряженности магнитного поля. А также, исследователи Солнца, полагают, что в этой зоне происходит резкое изменение химического состава плазмы.
  
И последняя зона в условном строении Солнца - конвективная зона.

Этот внешний слой начинается на глубине примерно 200 000 км и достигает солнечной поверхности. Название  этой зоны происходит от названия процесса, происходящего в этом слое. А именно, конвекция - процесс, так называемого "кипения". Он происходит за счёт нагрева вещества в нижней области зоны. Нагрев возникает из-за поглощения излучения, поступающего из глубины Солнца. Тепло очень быстро переносится к поверхности Солнца, за счёт этих конвективных движений плазмы. При этом она охлаждается и расширяется. Температура плазмы падает с 2 000 000 до примерно 5 000 градусов на видимой поверхности Солнца. Видимые на поверхности Солнца "гранулы" и есть конвективные движения плазмы.


Атмосфера Солнца состоит из трёх слоёв с различными процессами - фотосфера, хромосфера, корона и переходного слоя, находящегося между хромосферой и короной Солнца.

Фотосфера - видимая поверхность Солнца.
Это относительно тонкий слой, который полностью поглощает излучение, исходящее из солнечного ядра. На фотосфере можно наблюдать множество интересных объектов - солнечные пятна, фотосферные факелы, гранулы. Из-за эффекта потемнения фотосферы к краю, Солнце по краям видится более тёмным, чем в центре. Эффект объясняется тем, что излучение в центре диска фотосферы исходит из глубоких, горячих слоёв, а по краям мы смотрим по касательной и уже не видим глубоких слоёв.

Хромосфера  - слой, расположенный над фотосферой.
В этом не однородном слое температура растёт с увеличением высоты от 6 тыс.градусов до 20 тыс. В хромосфере наблюдаются протуберанцы - области плотной холодной плазмы, проникающие высоко в корону и видимые над солнечным лимбом.
Верхняя хромосфера Солнца и протуберанцы, сфотографировано в линии Hell 304A

Переходный слой - достаточно тонкий слой атмосферы Солнца.
В этой области происходит повышение температуры от 20 000 градусов (нижний слой) до 1 млн градусов (верхний слой).
Учёные считают, что большая часть ультрафиолетового излучения Солнца возникает в этой области.

Корона Солнца -  внешняя область солнечной атмосферы.
Эту область можно наблюдать с Земли и видна она во время затмения Солнца. Выглядит как лучистый ореол, вокруг солнечного диска. Этот слой атмосферы Солнца, один из протяженных и содержит свои особенности, такие как - корональные дыры, стримеры (корональные лучи), петли, протуберанцы. Форма солнечной Короны, как и размер и структура её составляющих меняется с солнечным циклом.
Снимок короны Солнца, полученный прибором EIT  в линии FelX/X 171A

Стоит отметить, что Корона Солнца является источником солнечного ветра. Этот поток ионизованных частиц (плазма) исходит из Солнца со скоростью в среднем 400 км в сек. Но наблюдения  указывают также на то, что существует спокойный солнечный ветер - постоянный поток солнечной плазмы, заполняющий межзвёздное пространство до гелиосферы,  а также квазистационарные высокоскоростные потоки (скорость до 800 км в сек), механизмы  возникновения  которых, до конца не изучены. Поскольку Солнце вращается то эти потоки взаимодействуют  и пересекаются с Землёй, а это в свою очередь вызывает негативное действие на магнитное поле Земли, вызывая магнитные бури.
И ролик об активности Солнца, созданный по результатам работ обсерватории НАСА по изучению Солнца




Заканчивая обзор по солнечному строению не стоит забывать о последней области, относящейся к Солнцу. Это - гелиосфера. Область околосолнечного пространства, пронизанного магнитными полями и в которой наблюдается солнечный ветер, движущийся  со сверхзвуковой скоростью. Принято считать, что  всё вещество внутри гелиосферы солнечного происхождения, хотя не исключается проникновение  нейтральных атомов межзвёздной среды.
Форма гелиосферы  напоминает форму вытянутого пузыря. Это частично подтвердили данные со спутников Вояджер 1 и Вояджер 2.  Гелиопаузой называют внешнюю поверхность гелиосферы, где происходит взаимодействие межзвёздной среды и солнечного ветра. В этой области возникает ударная волна, поскольку скорость потоков плазмы резко замедляется при этом взаимодействии с газом межзвёздной среды. Точная протяженность гелиосферы до сих пор ещё не ясна. Хоть и по некоторым данным со спутников Вояджер, утверждалось, что они покинули солнечную систему и вышли в межзвёздное пространство. Но по последним данным, которые заставляют астрофизиков пересматривать устоявшиеся представления о строении гелиосферы, спутники вошли в не изученную и не предсказанную ранее область, и не достигли ещё гелиопаузы.
Но о миссии "Вояджер" и о последних данных, поступившей с этих аппаратов мы поговорим в другой статье.

На этом и закончим обзор нашей Звезды. Хотя загадок и удивлений нам наша близкая звезда ещё преподнесёт множество.




12 комментариев:

  1. RU-SHUTNICK

    Интересный пост, спасибо. Очень важно упоминание о гелиосфере (благодарю за ссылку).

    Рекомендую еще одно направление поиска - происхождение солнечного ветра.

    "В конце 1990-х с помощью Ультрафиолетового коронального спектрометра (англ. Ultraviolet Coronal Spectrometer (UVCS)) на борту спутника SOHO были проведены наблюдения областей возникновения быстрого солнечного ветра на солнечных полюсах. Оказалось, что ускорение ветра много больше, чем предполагалось, исходя из чисто термодинамического расширения. Модель Паркера предсказывала, что скорость ветра становится сверхзвуковой на высоте 4 радиусов Солнца от фотосферы, а наблюдения показали, что этот переход происходит существенно ниже, примерно на высоте 1 радиуса Солнца, подтверждая, что существует дополнительный механизм ускорения солнечного ветра...

    Из-за солнечного ветра Солнце теряет ежесекундно около одного миллиона тонн вещества..." (Источник: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D1%EE%EB%ED%E5%F7%ED%FB%E9_%E2%E5%F2%E5%F0 )

    ОтветитьУдалить
    Ответы
    1. Да, загадок и тайн Солнце таит в себе много. Про ускорение солнечного ветра я читал, в контексте значительного нагрева солнечной короны, механизм которого (нагрева) до сих пор не понятен, так же как и ускорения солнечного ветра. Так корона имеет температуру более 1 млн.градусов, а видимая поверхность Солнца 6 тыс. градусов, что противоречит логике. На Солнце действительно наблюдается с удалением от ядра Солнца уменьшение температуры. но потом наблюдается резкое повышение температуры.
      Ещё одой загадкой, являются причины возникновения солнечных вспышек.
      И потом, я читал о потерянных нейтрино, что по расчётам на Земле регистрируется в разы меньше нейтрино, чем ожидается и что это одна из основных загадок - при решении которой, могут полностью измениться общепринятые теории солнечного строения, да и физики в общем.

      Удалить
    2. RU-SHUTNICK

      Может быть, вы посвятите этим загадкам следующий пост?

      Удалить
    3. Стоит подумать и поразмышлять.

      Удалить
    4. RU-SHUTNICK

      Для нахождения "ключей" к проблеме советую сравнить упомянутые загадки и тайны Солнца с аналогичными характеристиками солнцеподобных звезд в нашей Галактике Млечный путь.

      Удалить
    5. Наглядное видео Сергея Попова: "Параметры в центре Солнца" http://interneturok.ru/ru/school/uchyonye-detyam/uchyonye-detyam/astronomiya/parametry-v-tsentre-solntsa
      с подачи его блога http://sergepolar.livejournal.com/3096050.html (3 авг, 2015 в 20:56).

      Удалить
    6. Интересная информация, благодарю за напоминание о Сергее Попове, пару курсов я у него слушал.

      Удалить
    7. Японский восход решил головоломку солнечного жара

      "Наше бурное Солнце, активность которого постоянно восхищает и иногда пугает, оказалось ещё более динамичным. На поверхности нашей звезды обнаружилось множество новых процессов, и их открытие проясняет многие тонкости солнечных вспышек. И, наконец, стало понятно, почему солнечная атмосфера становится горячее.

      Несмотря на то, что люди занимаются исследованиями Солнца на протяжении многих сотен лет, наша звезда по-прежнему хранит в себе много непонятного. Одна такая головоломка была вроде бы разгаданной – но только на бумаге, и никаких подтверждений правильности решения не было. В чём же состоит проблема?

      Температура на поверхности Солнца составляет порядка 5,5 тысяч кельвинов. Однако в верхних, более далёких от поверхности слоях это значение не только не уменьшается, но и существенно возрастает - до 500 тысяч кельвинов. А температура короны, распространяющейся ещё дальше в Солнечную систему, становится и того больше – она превышает миллион кельвинов.

      Астрономов долго терзала эта загадка: что может быть дополнительным источником энергии, так разогревающим газ? Учёные, конечно, без теорий обойтись не могут, поэтому у них нашлись различные варианты объяснения данного явления..." (22 марта 2007). http://www.membrana.ru/particle/638

      Удалить
    8. Видео https://www.youtube.com/watch?v=4euiy6QcSUc не открывается.

      RU-SHUTNICK, замените его, пожалуйста, на аналогичное.

      Удалить
    9. Благодарю, исправлю всё) А то действительно, теперь видео - не работает!

      Удалить
    10. Ну всё, теперь предоставлен актуальный ролик от НАСА.

      Удалить
    11. Спасибо, интересный ролик!

      Периодически просматриваю свой блог "Артефакт", раз в месяц хотя бы одно видео, да удалят :-((

      Мне пришлось даже завести канал, чтобы восстанавливать удаленные ролики (а не заменять их в блоге другими) - https://www.youtube.com/channel/UC0-LxzoqAsbxzoLZWD-Zo_w

      Удалить