18.1 Модель внутреннего строения Солнца.

В силу сферической симметрии физические свойства Солнца одинаковы на одинаковых расстояниях от центра. В зависисмости от свойств вещества, Солнце можно разделить на 4 слоя.

Центральная область простирается на расстояние до 0,2 радиуса называется ядром. Это зона энерговыделения. Температура в ядре 1,5 ^. 10⁷К. Давление достигает 3 ^. 10¹¹ атм. В этих условиях атомы водорода движутся со скоростями до сотен км/с. При условии высокой плотности (150 г/см³) часто происходят столкновения атомов. Некоторые из таких столкновений приводят к тесным сближениям атомных ядер, необходимым для возникновения ядерных реакций.

Солнечное ядро - это самоуправляемый термоядерный реактор, в котором происходит синтез ядер гелия из ядер водорода (протон-протонный цикл).

Реакция начинается с -распада одного из двух протонов в момент тесного их сближения:

¹H + ¹H  ²D + e⁺ +  + 1,44 МэВ. (происходит 14 ^. 10⁹ лет).

При -распаде протон превращается в нейтрон с испусканием позитрона e⁺ и нейтрино . Объединяясь со вторым протоном, нейтрон даёт ядро тяжёлого водорода - дейтерия ²D. Для каждой пары протонов процесс в среднем осуществляется за 14 млрд. лет, что и определяет медленность термоядерных реакций на Солнце и общую протяжённость его эволюции.

Далее происходят столкновения дейтерия с третьим протоном и образование ядер изотопа ³Не, которые, объединяясь и испуская два протона, дают ядро обычного гелия.

Масса ядра гелия на 1% меньше массы четырёх протонов. Эта потеря массы называется дефектом массы и является причиной выделения в результате ядерных реакций большого количества энергии в виде - излучения и испускания нейтрино. При рождении одного ядра гелия выделяется энергия = 4,129^. 10^-5 эрг = 25,8 МэВ.

Нейтрино обладают ничтожной массой покоя, распространяются со скоростью света и на Земле должны составлять поток 10¹¹ частиц через 1 см³ за секунду.

Светимость Солнца поддерживается превращением в гелий 600 млн. т водорода.

Основная часть энергии переносится из ядра жёстким электромагнитным излучением, которое миллионы лет диффундирует к поверхностным слоям Солнца. На расстоянии 0,3 радиуса от центра температура становится меньше 5 млн К, давление ниже 10 млрд. атм. и ядерные реакции происходить уже не могут.

Ядро окружено зоной лучистого равновесия, или зоной лучистого переноса энергии. Эта зона простирается на расстояние от 0,2 до 0,7 радиуса.

Энергия ядра к внешним слоям переносится излучением. Электромагнитная волна сама переносит свою энергию. В этой зоне значительная часть движущихся из недр фотонов частично поглощается, частично рассеивается свободными ядрами и электронами, поэтому перенос энергии сопровождается уменьшением средней энергии квантов, а также уменьшением температуры, давления и плотности вещества. Эти слои только передают наружу излучение, выделившееся на большей глубине в виде гамма-квантов, которые поглощаются и переизлучаются отдельными атомами. Вместо каждого поглощённого кванта большой энергии атомы излучают несколько квантов меньших энергий. 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 дробление жёстких 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.

На растоянии 0,7 радиуса от центра температурный режим становится таким, что уже могут существовать нейтральные атомы водорода и гелия (Т=^.10⁶ К, р= 10⁶ атм, р= 10^-2 г/см³).

Перенос энергии излучением становится неэффективным. В отдельных объёмах газа температура может возрастать, они становятся более лёгкими и поднимаются вверх, на их место опускаются более холодные массы газа. Возникают крупномасштабные движения вещества - конвекция, которая и является основным механизмом переноса энергии к поверхностным слоям. Эта зона называется конвективной.

Часть энергии при относительном движении потоков плазмы в конвективной зоне превращается в энергию электрических и магнитных полей.

Протяжённость конвективной зоны 1,5 ^. 10⁶ км (0,2 радиуса). Скорость движения вещества значительно возрастает. От нескольких м/с до 3 км/с.

Над конвективной зоной на расстоянии 0,9 радиуса от центра и выше располагается атмосфера.