Солнце, его физическая природа.
Космос (Вселенная) – весь существующий материальный мир. Он вечен во времени и бесконечен в пространстве. Вселенная состоит из совокупности скоплений звезд, планет, космической пыли, называемых галактиками. Галактик множество, вселенная одна. Земля, на которой мы живем, входит в состав солнечной системы, которая является частью галактики, или млечного пути – гигантской звездной системы.
Солнечная система состоит из одной звезды – Солнца, 9 планет, более 60 спутников планет, малых планет (астероиды), комет, космической пыли.
Солнце — центральное тело Солнечной системы. Это ближайшая к земле звезда. Среднее расстояние его от Земли равно 149,6 млн. км, диаметр — 1,39 млн. км. Масса Солнца 1,989*1030 кг, средняя плотность равна 1,41-103 кг/м3 (0,26 плотности Земли). Сила тяжести на Солнце в 28 раз больше, чем на Земле. Возраст солнца оценивается в 5 - 4,6 млрд лет.
На Солнце обнаружено около 70 известных на Земле химических элементов. Но в основном оно состоит из двух элементов: водорода (71% его массы) и гелия (27%). 2% приходится на азот, углерод, кислород, железо, магний и другие элементы.
Солнце вращается вокруг своей оси против часовой стрелки. Ось вращения наклонена к плоскости эклиптики под углом 83°. Но Солнце вращается не так, как вращаются твердые тела. На экваторе оборот совершается за 25 суток, а вблизи полюсов — за 30 суток.
Солнце имеет слоистое строение. Выделяют 3 внутренние и 3 внешние оболочки. К внутренним оболочкам относятся ядро, зона лучистой передачи энергии и конвективная зона.
Ядро – центральная область солнца. Температура в ядре предположительно достигает 10-15 млн в градусах по Кельвину.
Внешние оболочки образуют атмосферу солнца, состоящую из фотосферы, хромосферы и солнечной короны.
Фотосфера — видимый поверхностный слой, из которого исходит основная часть излучения. Толщина около 500 км. Желтый цвет солнца приходит на землю из слоя солнечной атмосферы. Температура фотосферы близка к 6000°К(в градусах Кельвина). Вещество Солнца при этой температуре находится в газообразном состоянии. Фотосфера не равномерно яркая, так как она имеет зернистое строение. Светлые зерна называются гранулами. Гранулы — неустойчивые образования, продолжительность их существования около 5—10 мин, размеры от 700 до 2000 км. При усилении напряжения магнитного поля Солнца в фотосфере образуются факелы в виде волокон различной формы, отличающиеся яркостью, и темные пятна с более низкой температурой (до 4500°К). Диаметр пятен колеблется от нескольких сотен, десятков и даже сотен тысяч километров, продолжительность существования их от нескольких часов до нескольких месяцев.
Над фотосферой расположена хромосфера. Она имеет яркий красный цвет и наблюдается при полных затмениях в виде розового кольца, опоясывающего темный диск Солнца. Верхняя граница хромосферы постоянно волнуется, поэтому толщина ее колеблется от 10000 до 15000 км. В хромосфере наблюдается повышение температуры от 6000 до 10000К.
Из хромосферы выбрасываются фонтаны раскаленного газа, видимые невооруженным глазом во время полных солнечных затмений. Это протуберанцы. Солнечное вещество в них движется со скоростью 250—500 км/с. Они поднимаются от поверхности Солнца на расстояния, равные в среднем 200000 км, а некоторые достигают высоты 1,5 млн. км.
Над хромосферой расположена солнечная корона, видимая при полных солнечных затмениях в виде окружающего Солнце серебристо-жемчужного ореола. В последнее время установлено, что она распространяется до пределов земной орбиты. Верхняя ее часть состоит из отдельных разреженных электронных облаков, которые находятся в магнитном поле Солнца. Они движутся от него и достигают верхних слоев атмосферы Земли, ионизируют и нагревают ее, оказывая тем самым влияние на климатические процессы Земли.
Из короны происходит постоянно истечение плазмы, которое называется солнечным ветром, скорость его 300—80 000 км/с.
Основным источником солнечной энергии являются ядерные реакции превращения атомов водорода в гелий. Солнце является также источником радиоволн.
Центр Солнца
11-летней цикличностью обладают количество пятен, площадь факелов, частота вспышек, мощность и число протуберанцев, форма короны. Причина цикличности солнечной активности до сих пор полностью не выяснена. Однако считается, что она связана с магнетизмом Солнца. Магнитное поле Солнца, в общем, довольно слабое, периодически усиливается. Причинами усиления могут быть изменения конвекционных движений внутреннего вещества в связи с неодинаковой скоростью вращения экваториальных и среднеширотных полос Солнца. Изменения солнечной активности влияют на циркуляцию земной атмосферы и тем самым на погоду и климат.
Солнечная активность - совокупность явлений, переодически возникающих в солнечной атмосфере. Проявления солнечной активности тесно связаны с магнитными свойствами солнечной плазмы. Возникновение активной области начинается с постепенного увиличения магнитного потока в некоторой области фотосферы. В соответствующих местах хромосферы после этого наблюдается увиличение яркости в линиях водорода и кальция. Такие области называют флоккулами Примерно в тех же участках на Солнце в фотосфере (т.е. несколько глубже) при этом также наблюдается увиличение яркости в белом (видимом) свете - факелы. Увиличение энергии,выделяющейся в области факела и флоккула,является следствием увиличившихся до нескольких десятков экстред напряженности магнитного поля. Затем в солнечной активности наблюдаются солнечные пятна, возникающие через 1-2 дня после появления флоккула в виде маленьких чёрных точек - пор. Многие из них вскоре исчезают, и лишь отдельные поры за 2-3 дня превращаются в крупные тёмные образования. Типичное солнечное пятно имеет размеры в несколько десятков тысяч километров и состоит из тёмной центральной части - тени и волокнистой полутени. Важнейшая особенность пятен - наличие в них сильных магнитных полей,достигающих в области тени наибольшей напряжённости в несколько тысяч экстред. В целом пятно представляет собой выходящую в фотосферу трубку силовых линий магнитного поля,целиком заполняющих одну или несколько ячеек хромосферной сетки. Верхняя часть трубки расширяется,и силовые линии в ней расходятся,как колосья в снопе. Поэтому вокруг тени магнитные силовые линии принимают направление,близкое к горизонтальному. Полное,сумарное давление в пятне включает в себя давление магнитного поля и уравновешивается лавлением окружающей фотосферы,поэтому газовое давление в пятне оказывается меньшим,чем в фотосфере Магнитное поле как бы расширяет пятно изнутри. Кроме того,магнитное поле подавляет конвективные движения газа,переносящие энергию из глубины вверх. Вследствие этого в области пятна температура оказывается меньше примерно на 1000К. Пятно как бы охлаждённая и скованная магнитным полем яма в солнечной фотосфере. Большей частью пятна возникают целыми группами,в которых,однако,выделяются два больших пятна. Одно,нибольшее, - на западе,а другое,чуть поменьше,- на востоке. Вокруг и между ними часто бывает множество мелких пятен. Такая группа пятен называется биополярной,потому что у обоих больших пятен всегда противоположная полярность магнитного поля. Они как бы связаны с одной и той же трубкой силовых линий магнитного поля,которая в виде гиганской петли вынырнула из-под фотосферы,оставив концы где-то в ненаблюдаемых,глубоких слоях. То пятно,которое соответствует выходу магнитного поля из фотосферы,имеет северную полярность,а то,в области которого силовые линии входят обратно под фотосферу, - южную. Самое мощное проявление фотосферы - это вспышки. Они происходят в сравнительно небольших областях хромосферы и короны,расположенных над группами солнечных пятен. По своей сути вспышка - это взрыв,вызванный внезапным сжатием солнечной плазмы. Сжатие происходит под давлением магнитного поля и приводит к образованию длинного плазменного жгута или ленты. Длина такого образования составляет десятки и даже сотни тысяч километров. Продолжается вспышка обычно около часа.Хотя детально физические процессы,приводящие к возникновению вспышек,ещё не изучены,ясно,что они имеют электромагнитную природу. Наиболее грандиозными образованиями в солнечной атмосфере являются протуберанцы - сравнительно плотные облака газов,возникающие в солнечной короне или выбрасываемые в неё из хромосферы. Типичный протуберанец имеет вид гиганской светящейся арки,опирающейся на хромосферу и образованной струями и потоками более плотного и холодного,чем окружающая корона, вещества. Иногда это вещество удерживается прогнувшимся под его тяжестью силовыми линиями магнитного поля,а иногда медленно стекает вдоль магнитных силовых линий. Имеется множество различных типов протуберанцев. Некоторые из них связаны со взрывоподобными выбросами вещества из хромосферы в корону. Общая активность Солнца, характеризуемая количеством и силой проявления центров солнечной активности,периодически изменяется. Существует множество различных удобных способов оценивать уровень солнечной активности. Обычно пользуются наиболее простым и введённым раньше всех способом - числами Вольфа. Числа Вольфа пропорциональны сумме полного числа пятен,наблюдаемых в данный момент на Солнце,и удесятерённого числа групп,которые они образуют. Период времени,когда количество центров активности наибольшее называют максимумом солнечной активности,а когда их совсем нет или почти совсем нет - минимумом. Максимумы и минимумы чередуются в среднем с периодом 11 лет.Это составляет так называемый 11-ти летний цикл солнечной активности.