Солнце

Тысячи имен одного божества

В подавляющем числе культур дневное светило всегда занимало центральное место. Солнце — это олицетворение живительной и созидательной энергии. Пантеон древнеегипетских богов возглавлял Бог Солнца Ра, изображаемый как человек с соколиной головой. Он имел влияние на все происходившее на земле Египта: смену времен года, дня и ночи, природные и погодные изменения, повседневную жизнь народа. Власть древнеегипетских фараонов считалась незыблемой, потому что они были «детьми Солнца». Древнегреческий поэт Гомер в своих гимнах восхвалял ослепительного Бога Солнца Гелиоса и его огненную колесницу, дарующую свет всему живому.

У каждой народности для божественного светила существовали свои имена, свои мифы, сказания и легенды о нем, пронизанные глубоким почитанием и искренней любовью.

Отличие между ними просто огромное, хотя на первый взгляд и не очень заметное

Анимация жизненного цикла протуберанца

1. Первоочередное и самое главное – звезды способны самостоятельно излучать свет и тепло, в отличие от планет, которые способны только отражать попадающие на них лучи света от других светил, являясь по своей сути темными телами.

2. Звезды обладают гораздо более высокими температурами поверхности, чем любая из известных на данный момент планет. Средние температуры их поверхностей колеблются от 2000 до 40000 градусов, не говоря уже о слоях расположенных ближе к центру космического тела, где температуры, возможно, достигают даже миллионов градусов.

3. Звезды значительно превосходят даже самые крупные планеты по своей массе.

4. Все планеты движутся по орбитам относительно своих светил, которые, в свою очередь, в тот же самый момент остаются совершенно неподвижными. Это происходит аналогично тому, как наша Земля вращается вокруг Солнца. Благодаря этому имеется возможность наблюдать у планет различные фазы точно так же, как и у Луны.

Полное Солнечное затмение, комбинированный снимок

5. Все планеты по своему химическому составу образованы как из твердых, так и из легких частиц, в отличие от звезд преимущественно состоящих только из легких элементов.

6. Планеты часто обладают одним или сразу несколькими спутниками, а вот звезды таковых «соседей» никогда не имеют. Но при этом отсутствие спутника это, конечно же, еще не факт, что данное космическое тело не является планетой.

7. На поверхностях абсолютно всех звезд обязательно происходят ядерные или термоядерные реакции, сопровождающиеся взрывами. В свою очередь, на поверхностях планет данные реакций не наблюдаются, ну если только в исключительных случаях, и то только на ядерных планетах и только очень-очень слабые ядерные реакции.

Измерение расстояния от нашей планеты до звёзд

Для определения дистанции от нашей планеты до них применятся параллакс. Суть работы состоит в следующем: вытягиваем руку и ставим палец напротив предмета, стоящего немного дальше. Закрываем один глаз, потом второй. Объект начинает передвигаться: это, и есть параллакс.

Нужно рассчитать дистанцию к звезде, когда Земля располагается на одной из Орбит в летнее время. После расчёта, нужно полгода подождать, пока Планета не окажется на противоположной стороне, замерить снова. После измерить угол по отношению к предыдущему. Это принцип действует в отношении любого небесного объекта, находящегося на расстоянии 100 световых лет.

На расстоянии 17 световых лет находится 45 небесных тел. Всего в Галактике их примерно 200 миллиардов, но точно пересчитать все объекты не представляется возможным. Некоторые из них обнаружить не удастся, так как они достаточно слабые.

Тем не менее, поиск Планет, которые входят в систему ближайших звёзд, ведётся в регулярном порядке. Особый акцент делается на карликах (жёлтых, красных). Для их обнаружения учёные измеряют лучевую скорость небесных светил при помощи специальных приборов. Они называются спектрографами, монтируются на телескопы с большой мощностью.

Из каких слоев состоит Солнце

На первый взгляд, Солнце — просто шар, состоящий из гелия и водорода, но при более глубоком изучении видно, что оно состоит из разных слоев. При движении к ядру, температура и давление увеличиваются, в результате этого были созданы слои, так как при различных условиях водород и гелий имеют разные характеристики.

Графическое представление слоев Солнца

Солнечное ядро

Начнем наше движение по слоям от ядра к наружному слою состава Солнца. Во внутреннем слое Солнца – ядре, температура и давление очень высокие, способствующие для протекания ядерного синтеза. Солнце создает из водорода атомы гелия, в результате этой реакции образуется свет и тепло, которые доходят до Земли. Принято считать, что температура на Солнце около 13,600,000 градусов по Кельвину, а плотность ядра в 150 раз выше плотности воды.

Ученые и астрономы считают, что ядро Солнца достигает около 20% длины солнечного радиуса. И внутри ядра, высокая температура и давление способствуют разрыву атомов водорода на протоны, нейтроны и электроны. Солнце преобразовывает их в атомы гелия, не смотря на их свободно плавающее состояние.

Такая реакция называется экзотермической. При протекании этой реакции выделяется большое количество тепла, равное 389 х 1031 дж. в секунду.

Радиационная зона Солнца

Эта зона берет свое начало у границы ядра (20% солнечного радиуса), и достигает длины до 70% радиуса Солнца. Внутри этой зоны находится солнечное вещество, которое по своему составу достаточно плотное и горячее, поэтому тепловое излучение проходит через него, не теряя тепло.

Внутри солнечного ядра протекает реакция ядерного синтеза – создание атомов гелия в результате слияния протонов. В результате этой реакции происходит большое количество гамма-излучения. В данном процессе испускаются фотоны энергии, затем поглощаются в радиационной зоне и испускаются различными частицами вновь.

Траекторию движения фотона принято называть «случайным блужданием». Вместо движения по прямой траектории к поверхности Солнца, фотон движется зигзагообразно. В итоге, каждому фотону необходимо примерно 200.000 лет для преодоления радиационной зоны Солнца. При переходе от одной частицы к другой частице происходит потеря энергии фотоном. Для Земли это хорошо, ведь мы бы могли получать лишь гамма-излучение, идущее от Солнца. Фотону, попавшему в космос необходимо 8 минут для путешествия к Земле.

Большое количество звезд имеют радиационные зоны, и их размеры напрямую зависит от масштаба звезды. Чем меньше звезда, тем меньше будут зоны, большую часть которой будет занимать конвективная зона. У самых маленьких звезд могут отсутствовать радиационные зоны, а конвективная зона будет достигать расстояние до ядра. У самых больших звезд ситуация противоположная, радиационная зона простирается до поверхности.

Конвективная зона

Конвективная зона находится снаружи радиационной зоны, где внутреннее тепло Солнца перетекает по столбам горячего газа.

Почти все звезды имеют такую зону. У нашего Солнца она простирается от 70% радиуса Солнца до поверхности (фотосферы). Газ в глубине звезды, у самого ядра, нагреваясь, поднимается на поверхность, как пузырьки воска в лампадке. При достижении поверхности звезды, происходит потеря тепла, при охлаждении газ обратно погружается к центру, за возобновлением тепловой энергии. Как пример, можно привезти, кастрюля с кипящей водой на огне.

Поверхность Солнца похожа на рыхлую почву. Эти неровности и есть столбы горячего газа, несущие тепло к поверхности Солнца. Их ширина достигает 1000 км, а время рассеивания достигает 8-20 минут.

Астрономы считают, что звезды маленькой массы, такие как красные карлики, имеющие только конвективную зону, которая простирается до ядра. У них отсутствует радиационная зона, что нельзя сказать о Солнце.

Фотосфера

Единственный видимый с Земли слой Солнца – фотосфера. Ниже этого слоя, Солнце становится непрозрачным, и астрономы используют другие методы для изучения внутренней части нашей звезды. Температуры поверхности достигает 6000 Кельвин, светится желто-белым цветом, видимым с Земли.

Атмосфера Солнца находится за фотосферой. Та часть Солнца, которая видна во время солнечного затмения, называется короной.

Месторасположение звезды Солнце в Галактике

Если для Солнечной системы наша звезда является главным и центральным объектом, определяющим движение планет и других космических объектов, то в масштабах галактики Солнце является всего лишь маленькой пылинкой.

Позиция, которую занимает звезда Солнце в масштабах галактики Млечный Путь

Галактика Млечный Путь представляет собой плоский спиралевидный диск диаметром 100 тыс. – 120 тыс. световых лет. Толщина этого колоссального образования составляет 1000 световых лет. После того как ученым удалось более детально изучить строение родной галактики, оказалось, что у нее имеется четыре огромных рукава. В одном из ответвлений рукава Стрельца и располагается Солнце со своей звездной свитой. Ориентировочно звезда находится на расстоянии 26 тыс. световых лет от центра галактики.

https://youtube.com/watch?v=GqkIok1aRC0

По мнению ученых, эта галактическая область отличается достаточным спокойствием, чего не скажешь о центральных областях Млечного Пути. Звездные скопления, в которых пребывает родная для нас звезда, не достаточно плотны. Силы гравитации на данном участке Млечного Пути действуют сбалансировано и размерено, о чем свидетельствует довольно спокойное существование Солнечной системы на протяжении миллиардов лет. В масштабах космоса Солнце  — сравнительно небольшое небесное тело. Звезда относится к классу желтых карликов, которым уготована спокойная и размеренная долгая звездная жизнь. Что касается видимого спектра, то Солнце относится к звездам спектрального класса G2V.

Солнце в окружении других небесных объектов, которые населяют рукава Стрельца-Лебедя

На детальной модели хорошо видны окрестности нашей звезды и ее окружение. Ближайшей соседкой Солнца является красный карлик Проксима, входящий в тройную звездную систему Альфа Центавра. Лететь до этой звезды придется четыре световых года. Хорошо знакомый астрономам Сириус расположился в два раз дальше, в 8 световых годах от нашей Солнечной системы. Ближайшей крупной звездой сегодня считается красный сверхгигант Бетельгейзе, который находится от нас на расстоянии 570 световых лет.

Скоростные и орбитальные параметры звезды Солнце следующие:

• скорость движения Солнца вокруг центральной части галактики Млечный Путь составляет 217 км/с;
• период полного оборота нашей звезды вокруг центра галактики составляет 226 млн. лет;
• за время своего существования Солнце только 20 раз совершило полный оборот вокруг центра галактики.

Что касается возраста Солнца, то наша звезда сейчас пребывает в середине главной последовательности, находясь в зрелом возрасте. На финальном этапе своей карьеры, через 4-5 млрд. лет Солнце превратится в красный гигант, который будет медленно затухать и станет в дальнейшем белым карликом. Вероятно, что через десятки млрд. лет Вселенная озарится вспышкой сверхновой, после которой со звездной карты исчезнет звезда под именем Солнце.

Месторасположение Солнца в главной последовательности, соответствующее спектральному классу светимости G

Список самых ярких звёзд

Справедливо ли называть Солнце звездой?

Так что такое Солнце – это звезда или планета? Конечно же, это звезда. Об этом свидетельствует несколько важнейших характеристик!

1. Оно не способно отражать свет, т. к. само его излучает и «даёт» окружающему пространству огромное количество энергетического потока.
2. Его поверхность нагревается до внушительной температурной отметки, составляющей 5 500 – 6 000 градусов. Что касается ядерной части объекта, в ней дела обстоят ещё «горячее». Температура может составлять 15 млн градусов по Цельсию.
3. Вокруг светила вращаются планеты в количестве 8 штук. Каждая из них имеет свою орбиту. Вместе все эти элементы образуют систему. Само по себе Солнце не имеет ни конкретной орбиты, ни спутников, что как раз характерно для звезды.
4. Порядка 73% массы Солнца и около 92% его объёма представлено водородом – лёгким химическим элементов. На 25% от веса и 7% от объёма приходится гелий. И только 1% в составе объекта занимают другие элементы. Преимущественно это сера, хром, азот, железо и т. д.
5. На поверхности нашей главной звезды постоянно происходят какие-то явления и реакции. Всё это провоцирует серьёзные энергетические выбросы. Именно данное явление позволяет наслаждаться дневным светом, а также получать от солнечных лучей большое количество тепла.
6. Если принять Солнечную систему в качестве одного целого и определить доли всех шарообразных тел по их массам, на Солнце придётся порядка 99,86%. Отсюда следует простой и логичный вывод: наша звезда в 10 и даже в 100 раз превосходит в размерах многие планеты.

Таким образом, рассматривая вопрос, что такое Солнце – планета или звезда – можно незамедлительно дать ответ. Однозначно – это звезда. Она является жёлтым карликом в соответствии с общепринятой астрономической классификацией. Возраст светила в настоящее время превышает отметку в 5 млрд лет. По уровню яркости оно находится на 4-м месте среди всех изученных объектов такого типа. Теперь нет сомнений, к какой группе относится наш источник энергии!

История

Созвездие Возничий, рисунок Яна Гевелия из его атласа созвездий

Согласно легенде, Капелла – это коза, которая вскормила своим молоком греческого бога Зевса на острове Крит, когда тот прятался от своего отца – Кроноса. В награду за кров и пищу, Зевс поместил козу на небо, где она теперь возвеличивается, как яркая звезда. Согласно тому же приданию Зевс, обладая большой силой, во время игры случайно отломал козе рог, из которого начали сыпаться несметные богатства – рог изобилия. А шкуру козы, которая считалась непробиваемой ни одним оружием, он использовал как щит во время войны с титанами.

Как видим, Капелла играла большую роль в мифологии, и поэтому нет ничего удивительного в том, что одной из самых ярких звезд ночного небосвода древние люди дали такое название.

Строение и структура Солнца

Близость Солнца позволяет получить представление о его строении и структуре, получить данные о том, как работает этот естественный термоядерный реактор и какие в нем происходят процессы. Интересным будет разобрать структуру, которая состоит из следующих компонентов:

• ядро;
• зона лучистой энергии;
• конвективная зона;
• тахоклин.

Далее начинаются слои солнечной атмосферы:

• фотосфера;
• хромосфера;
• протуберанцы.

Звезда не является твердым телом, ввиду того, что мы имеем дело с раскаленным газом, плотно сжатым в сферическую область. При таких температурах существование любого вещества в твердом виде физически невозможно. Яркий свет и тепло, излучаемые Солнцем, являются следствием тех же процессов, с которыми человек столкнулся при создании атомной бомбы. Т.е. материя под действием огромного давления и высоких температур преобразуется в энергию. Основным топливом является водород, который в составе Солнца составляет 73,5-75%, поэтому основным источником тепла является процесс термоядерного синтеза водорода, сосредоточенный главным образом в ядре, центральной части звезды.

Строение Солнца

Солнечное ядро составляет ориентировочно 0,2 солнечного радиуса. Именно здесь идут главные процессы, за счет которых Солнце живет и снабжает световой и кинетической энергией окружающее космическое пространство. Процесс переноса лучистой энергии от центра звезды к верхним слоям осуществляется в зоне лучистого переноса. Здесь фотоны, стремящиеся от ядра к поверхности, перемешиваются с частицами ионизированного газа (плазмой). За счет этого происходит обмен энергией. В этой части солнечного шара располагается особая зона – тахоклин, которая отвечает за образование магнитного поля нашей звезды.

https://youtube.com/watch?v=6ujOeQ5C4R0

Далее начинается самая масштабная область Солнца — конвективная зона. Эта область составляет почти 2/3 солнечного диаметра. Один только радиус конвективной зоны практически равен диаметру нашей планеты – 140 тыс. километров. Конвекция представляет собой процесс, при котором плотный и разогретый газ равномерно распределяется по всему внутреннему объему звезды по направлению к поверхности, отдавая тепло следующим слоям. Этот процесс происходит беспрерывно и его можно видеть, наблюдая за поверхностью Солнца в мощный телескоп.

На границе внутренней структуры и атмосферы звезды находится фотосфера — тонкая, всего 400 км глубиной, оболочка. Именно ее мы и видим при своих наблюдениях за Солнцем. Фотосфера состоит из гранул и неоднородна по своей структуре. Темные пятна сменяются яркими участками. Такая неоднородность связана с разным периодом остывания поверхности Солнца. Что касается невидимой части спектра поверхности нашего светила, то в этом случае мы имеем дело с хромосферой. Это плотный слой атмосферы Солнца, и его можно видеть только во время солнечного затмения.

Протуберанцы

Наиболее интересными солнечными объектами для наблюдения являются протуберанцы, которые по виду напоминают длинные волокна, и солнечная корона. Эти образования являются гигантскими выбросами водорода. Возникают протуберанцы и перемещаются по поверхности Солнца с огромной скоростью — 300 км/с. Температура этих петлей превышает отметку 10 тыс. градусов. Солнечная корона представляет собой внешние слои атмосферы, которые по толщине превышают диаметр самой звезды в несколько раз. Точной границы у солнечной короны нет. Ее видимая граница является только частью этого огромного образования.

Солнечная корона

Завершающим этапом солнечной активности является солнечный ветер. Этот процесс связан с естественным истечением звездного вещества через внешние слои в окружающее космическое пространство. Солнечный ветер в основном состоит из заряженных элементарных частиц — протонов и электронов. В зависимости от цикла солнечной активности скорость солнечного ветра может быть различной от 300 км в секунду до отметки в 1500 км/с. Эта субстанция распространяется по всей солнечной системе, оказывая влияние на все небесные тела нашего ближнего космоса.

Солнечный ветер

Характеристики Альфа Центавра – ближайшей к Земле звездной системы

Звезды альфа Центавра (слева) и Хадар (справа) на фоне Млечного Пути

Наименьшее расстояние – 4,22 световых года – отделяет нашу планету от Проксима Центавра, одного из трех элементов звездной системы Alpha Centauri. По своим характеристикам самая близкая к Земле звезда (исключая Солнце) существенно отличается от соседок. Это светило принадлежит к спектральному классу M (красный карлик), а его масса и радиус не превышают 0,1 солнечного. Из-за невысокой температуры – 3042 K – она излучает мало энергии и не обнаруживается невооруженным глазом. Была открыта в 1915 году. Периодические и активные вспышки усиливают светимость звезды. Проксима Центавра и остальную часть родной для нее системы разделяет значительное расстояние, равное 0,21 светового года, поэтому находится ли она на ее орбите, достоверно не выяснено. Если докажут, что Проксима кружится вокруг двойной звезды, тогда ее полный период превышает 500 тыс. лет. Поиски возможных экзопланет около светила были безуспешны, ученые исключают присутствие крупных планет на его орбите.

Альфа Центавра В

Два остальные составляющие системы – Альфа Центавра A и Альфа Центавра B – тесно взаимодействуют друг с другом. С Земли они наблюдаются как одна звезда. Расстояние до системы составляет 4,36 световых лет. Объекты причисляются к спектральным классам G и K – это желтый и оранжевый карлики. По своим характеристикам и температуре они схожи с Солнцем, но старше его по возрасту, который достигает 6 млрд. лет. Компонент Центавра A крупнее соседнего, его масса – 1,1, а диаметр – 1,2 солнечных. Показатели Центавра B – 0,9 и 0,86 соответственно. Вращение светил происходит по эллиптической орбите, угол ее наклона составляет 79,2 градуса, их период 79,9 года.

Экзопланеты Альфа Центавра

Планета вокруг альфа Центавра В

Поиск планет, входящих в системы ближайших к нам звезд, ведется регулярно

Особое внимание уделяется желтым и красным карликам. Чтобы обнаружить компаньонов около далеких объектов, ученым приходится измерять лучевую скорость звезд при помощи спектрографов, установленных на мощнейших телескопах

Основные исследования проводились двумя независимыми группами: Калифорнийской и Женевской, которые сконцентрировали свое внимание на ограниченном количестве объектов. В их число вошла и Альфа Центавра. Европейские астрономы смогли добиться положительных результатов. В 2012 году, анализируя рекордное количество данных, они сообщили об открытии планеты, названной Альфа Центавра B b. Четкий сигнал, появляющийся с периодичностью в 3,2 дня, обозначил тело массой в 1,13 земной. Экзопланета представлена шаром, разогретым до 1200 градусов. Такая температура держится из-за близкого размещения орбиты к поверхности светила. Ее год составляет чуть больше трех земных суток. Она не попадает в условную зону, где могла бы зародиться жизнь, ее размер в этом случае составляет 0,5-0,9 а. е. от светила.

Дальнейшие исследования и компьютерное моделирование дают надежду на наличие возле Альфа Центавра B второй, более крупной и удаленной планеты, имеющей период вращения в 20,4 дня. По гипотетическим расчетам влияние Центавра A будет сказываться раз в 70 лет. При наличии океанов, ее пустынная поверхность станет гораздо уязвимей.