10.3 Солнечная система.

10.31 Наша звезда Солнце.

Среднее расстояние от Земли 149599300 км. радиус по фотосфере 696 000 км. Угловой средний радиус R = 960”, на диски солнца 1^» = 725,3 км, средний параллакс 8”79. Расстояние от центра Галактики 30000 св. лет. Скорость движения вокруг центра Галактики ~ 250 км. сек. Период обращения около 200 млн. лет. Скорость относительно ближайших звезд до 6^m около 19,5 км. сек. или 1 св. год за 15000 лет. За 1 млн. лет Солнце прошло около 70 св. лет и встреча с ближайшими звездами за 1 млн. лет вполне вероятна. Можно заметить, что за 3 млрд. лет Солнце не столкнулось ни с одной звездой, что уничтожило бы жизнь на Земле, хотя вероятность такого столкновения велика!

На Рис.33 представлен солнечный диск и на его фоне планеты солнечной системы.

Основные характеристики Солнца. Период вращения 25 суток на экваторе 30 суток на полюсах. Масса - М₀ = 1.99 · 10³⁴ кг , ускорение тяготения - g = 274 м/сек^{2 ,} Вторая космическая скорость - υ_пар = 617.7 км.сек, плотность средняя - ρ_сред = 1.41 г/см³ , в центре - ρ₀ = 149 г/см^3, на уровне 0,1 и 0,2 радиуса от центра - ρ_0,1 = 87.4 г/см^{3 ,} ρ_0,2 = 35.3 г/см³

Химсостав 70% - Н₂, ≈ 28% He, Na 2% все остальное – кислород, углерод, неон, азот, кремний, сера, магний, железо, натрий, алюминий, аргон, кальций.

В спектре Солнца более 40 элементов таблицы Менделеева. В спектре имеется большое число линий поглощения химических элементов, описанных в 1814 году немецким физиком Фраунгофером и называемых по его имени. Наибольшей интенсивности свечения Солнце достигает в сине-зеленой области 4300-5000 А. Непрерывный спектр свечения и кривая излучения Планка для Солнца наиболее близки к температуре ее поверхности около 6000° К. Температура поверхности Солнца будет различна ,для разных участков спектра, от 4500° , для излучения с длинной волны 1000-2500° А до 8000° К при длине волны 4300-4700 А, а в метровых волнах до 1 млн. градусов. Это говорит о формировании излучения на разных уровнях Солнечного шара.

Основные типы ядерных реакций, их энерговыделение.

В зоне от 0 до 0.2 R идут ядерные реакции. При температуре 15 млн. градусов средняя скорость протонов достигает сотни километров в секунду. Сталкиваясь с фотонами атомы водорода теряют электронную оболочку и становятся протонами. Размер атома с 10-10 м до 10-15. Поэтому даже в центре Солнца газ является идеальным. Каждую секунду протон испытывает миллионы столкновений, но только одно из 1037 заканчивается его распадом и слиянием с другими протоном. Происходит следующая цепочка реакций:

¹H + ¹H → ²D + e⁺ + ν + 1.442 Мэв. 14· 10¹¹ лет;

¹D + ¹H → ³He + γ + 5.94 Мэв. 6 сек;

³He + ³He → ⁴He + ¹H + ¹H + 12.860 Мэв 10⁶ лет.

В первой реакции два протона сливаются в ²D – дейтрон с выделением е⁺ - позитрона и ν – нейтрино. Позитрон неизбежно аннигилирует с первым столкнувшимся электроном. Дейтрон за несколько секунд захватывает протон и становится гелием ³Не. Два ядра гелия ³Не сталкиваясь раз в миллион лет порождают ⁴Не или α-частицу. При объединении четырех протонов в гелий высвобождается 26.732 Мэв. Энергии из которой 0.5 Мэв. уносят нейтрино, а остальное идет на разогрев и излучения Солнца.

Светимость Солнца (измеряемая энергия) 3.8 · 10³³ эрг/сек = 3.8 · 10²⁶ вт.

Солнечная постоянная на Земле 1366 вт/м² ≈ 1.95 кал/см² мин.

Энергия термоядерных реакций в центре Солнца до 0.2R передается с помощью излучения до 0.6R₀. При этом температура падает от 6.8 · 10⁶ °К на R = 0.3R₀ до 4500 °К для R=R, давление от 10¹⁰ атм. До 2· 10⁸ атм., плотность от 12 г/см³ до 0.5 г/см³. При этих необычных условиях, когда газ тяжелее свинца, он остается прозрачным при давлении десятки и сотни атмосфер и температура несколько миллионов градусов.

Между развивающими пятнами в короне и хромосфере возникают самые мощные проявления солнечной активности – солнечные вспышки. Вначале возникает светлый узелок флоккулы который менее чем за минуту распространяет сильное излучение на десятки тысяч километров. Увеличивается свечение в видимой области и сильно возрастает ультрафиолетовое и рентгеновское излучения и особенно излучение в радиодиапазоне. Нарастание измерения происходит в течении нескольких минут, а затем в течении десятков минут гаснет. Энергетика вспышек достигает 10²⁸- 10³² эрг. т.е. мощные вспышки дают до 10 % всего излучения солнца от небольшой области в коротких лучах.

Рис.34 Влияние солнечного ветра на магнитосферу и радиационные пояса земли.

Показаны магнитные силовые линии земли и заштрихованные радиационные

поляса, внутроенний –1, средний –2 и внешний –3.

Такое большое количество энергии выделяется в неустойчивой плазме при неоднородных магнитных полях. Значительная часть энергии магнитного поля превращается в тепло, нагревает плазму до миллионов градусов и ускоряет отдельные облака плазмы до скорости 500-1000 км/сек. Коротко волновое излучение резко усиливает пояса радиации в Земной магнитосфере, усиливает радиацию в магнитных полюсах и вообще радиацию на Земле. Через 4-10 часов солнечный ветер из облаков ионизированного газа достигает Земли, вызывая сильнейшую геомагнитную бурю, нарушение радиосвязи, солнечные сияния и радиацию. Эти явления опасны для человека и необходимо отслеживать солнечные вспышки и предупреждать население о повышение радиации и геомагнитных бурях. Особенно это опасно в полярных областях и в районах геомагнитных полюсов.

Самые большие активные образования это протуберанцы. Они простираются из хромосферы в корону на сотни тысяч километров при ширине 6-10 тыс. км. Они выглядят как длинные вертикальные, изогнутые волоски или трубки, движущиеся со скоростью десятки и сотни километров в секунду. Протуберанцы могут существовать недели и месяцы.

Рис.35 Протуберанцы в солнечной фотосфере, дуги и арки образованы струями

горячей ионизированной плазмы движущейся по магнитным силовым линиям.

Все проявления солнечной активности взаимосвязаны. Обычно сначала появляются пятна потом флоккулы и факелы. В момент сильного роста пятен появляются протуберанцы и солнечные вспышки. Над пятнами в короне появляются лучи в венце кустов, а над факелами прямолинейные лучи, простираются они на много радиусов Солнца.. Их можно увидеть во время полных солнечных затмений. Многолетние наблюдения Солнца показали цикличность солнечной активности в среднем 11 лет. Максимум солнечной активности наступает при максимальном числе пятен и характеризуется числом Вольфа W = k(f + 10g), где f – общее число пятен; k – коэффициент пропорциональности зависящий от мощности инструмента наблюдения; g – число групп пятен.

График числа Вольфа по годам, наглядно показывает периодичность солнечной активности. При среднем периоде 11 лет, максимумы или минимумы могут быть через 7-17 лет. При минимальной активности пятен почти нет. Потом они начинают появляются на широте 35°, затем ближе к экватору до 8° от экватора на самом экваторе пятен не наблюдается. В каждом последующем цикле полярность магнитного поля пятен меняется на противоположную. Поэтому можно говорить о 22 летнем цикле активности Солнца. В работах Чижевского, показана мощное влияние циклов солнечной активности на жизнь людей и хронологию исторических событий.