Найбільше джерело світла у Сонячній системі - Сонце. Його характеристики.
Сонце - центральна і єдина зірка нашої Сонячної системи Воно являє собою дуже гарячу плазмову кулю. За спектральною класифікацією Сонце - «жовтий карлик». В сонячних надрах температура 15 млн. градусів, а температура поверхні Сонця досягає 6000K, тому Сонце світить майже білим світлом, але з-за більш сильного розсіювання та поглинання короткохвильової частини спектру атмосферою Землі пряме світло Сонця біля поверхні нашої планети набуває деякий жовтий відтінок
Маса Сонця становить 99,8 % від сумарної маси всій Сонячної системи. Сонячне випромінювання підтримує життя на Землі, визначає клімат.Сонце складається з водню (~73 % від маси), гелію (~25 % від маси ) і таких, що входять до його складу малих концентрацій, елементів: заліза, нікелю, кисню, азоту, кремнію, сірки, магнію, вуглецю, неону, кальцію і хрому.
Енергія Сонця обумовлена ядерними реакціями, що відбуваються в його внутрішніх областях. Перетворення речовини в ході цих реакцій призводять до вивільнення колосальної енергії. Крім світла і тепла, Сонце є також джерелом радіовипромінювання. Велика частина сонячної енергії розсіюється в космічному просторі; на Землю потрапляє лише близько половини мільярдної частки потужного випромінювання Сонця. Втім, навіть такої незначної кількості виявляється цілком достатньо для того, щоб підтримувати в газоподібному стані земну атмосферу, постійно нагрівати поверхню материків і океанів, давати енергіювітрам, а також забезпечувати життєдіяльність рослин, тварин і людини.
 Внутрішня будова Сонця
Сонячне ядро
Зона променистого перенесення
Конвективна зона Сонця
Атмосфера Сонця:
Фотосфера
Хромосфера
Корона
Сонячний вітер
•В ядрі відбуваються ядерні реакції.
«Згорає» водень, перетворюючись в гелій (за одну секунду 60 млн. тонн водню). Радіус сонячного ядра дорівнює приблизно 1/3 радіусу Сонця.
• В області променистого перенесення енергії випущена ядром енергія у вигляді квантів гамма-променів поглинається речовиною, атоми якої самі починають випромінювати кванти, правда, вже менш енергії. Енергія передається назовні послідовно - від шару до шару.
•У конвективній зоні в перенесенні випромінювання бере участь вже саме речовина. Сонячне речовина перемішується подібно воді при кипінні. Температура по мірі наближення до видимої границі Сонця зменшується до 8000 градусів.
• Область атмосфери простягається далеко за межі видимого диску Сонця і складається з декількох частин - фотосфери, хромосферы і корони.
Не можна говорити, що Сонце має поверхню.
Самий нижній шар сонячної атмосфери - фотосфера, що по-грецькому звався означає «сфера світу», - є джерелом енергії, яка спостерігається у видимій частині спектру Сонця. Фотосфера дає яскраве світло і утворює видиму поверхню. Вона досить тонка (всього близько 300 км), складається з непрозорої речовини і приховує від нас глибинні області Сонця Фотосфера має зернисту будову, і її довгасті «зерна», що представляють собою маленькі світлі плями розміром близько 1000 км, називаються гранулами. Це окремі елементи конвекції. Чергування гранул, оточених темними проміжками, створює враження комірчастої структури.
Гранули виникають і розпадаються швидше, ніж хмари в земній атмосфері, вони існують лише кілька хвилин: речовина, з якої складається Сонце, перебуває в постійному русі. Тому гранульована поверхня Сонця схожа на киплячу рисову кашу. Світлі гранули - це піднімаються вгору струмені гарячого газу. У темних проміжках між ними газ опускається - там він холодніший. Ці руху газів породжують акустичні хвилі, які, поширюючись у верхні шари сонячної атмосфери, нагрівають гази наступних шарів атмосфери Сонця. В результаті верхні шари фотосфери (з температурою близько 4000°) стають самими «холодними»: як всередині, так і вгору від них температура газів значно вище.
Поступово фотосфера переходить в хромосферу - зовнішні шари Сонця. Тут температура підвищується до декількох десятків тисяч градусів, а щільність речовини падає. Хромосфера відрізняється від фотосфери більш неправильною неоднорідною структурою. Два типу неоднорідностей - світлі і темні - за своїми розмірами перевищують фотосферні гранули і утворюють так звану хромосферную сітку, яка також є наслідком рухів газів в конвективної зоні.
 Зовнішні шари Сонця закінчуються короною, яка під час повного сонячного затемнення постає перед нами як чудове сріблясто-перлове променисте сяйво, яке з усіх боків простягається навколо Сонця. Внутрішня частина корони більш яскрава ніж зовнішня. Загальне світло корони приблизно вдвічі менш яскраве світла повного Місяця.
Сонячна корона являє собою сильно розріджену высокоіонізовану плазму з температурою близько 1 млн.
градусів. Сонячний газ в ній розріджується, розширюється, «випаровується» в міжпланетний простір. І корону, і хромосферу з-за їх малої щільності і прозорості у звичайних умовах не видно, їх спостерігають лише під час повного сонячного затемнення.
На сонячній короні утворюється і так званий сонячний вітер, що представляє собою потоки гарячої розрідженої плазми .
 Астрономи, довгий час спостерігаючи Сонце, вивчили процеси, які відбуваються на його «поверхні». Виявилося, що велику роль у цих процесах грають магнітні поля. Справа в тому, що речовина на Сонце всюди являє собою намагнічену плазму. Іноді в окремих областях напруженість магнітного поля швидко і сильно зростає. В результаті В різних областях сонячної атмосфери виникає цілий комплекс явищ, які називають сонячною активністю. До таких явищ відносяться плями, факели, спалаху і протуберанці. Виникнення активної області починається з поступового збільшення магнітного потоку в деякій області фотосфери. У відповідних місцях хромосферы після цього спостерігається збільшення яскравості в лініях водню і кальцію. Такі області називають флоккулами Приблизно в тих же дільницях на Сонці в фотосфері (тобто трохи глибше) при цьому також спостерігається збільшення яскравості в білому (видимому) світлі - факели. Збільшення енергії,що виділяється в області факела і флоккула,є наслідком збільшення до декількох десятків экстред напруженості магнітного поля. Потім у сонячній активності спостерігаються сонячні плями,що виникають через 1-2 дні після появи флоккула у вигляді маленьких чорних крапок - пір. Багато з них незабаром зникають,і лише окремі пори за 2-3 дні перетворюються у великі темні плями.
Найважливіша особливість плям - наявність у них сильних магнітних полів,що досягають в області тіні найбільшої напруженості в кілька тисяч эрстед. Внаслідок цього в області плями температура виявляється меншою приблизно на 1000К. Пляма як би охолоджена і скута магнітним полем яма в сонячній фотосфері. Здебільшого плями виникають цілими групами,в яких,однак,виділяються дві великі плями. Одна,найбільша, - на заході,а інша, трохи менша - на сході. Навколо і між ними часто буває безліч дрібних плям.
Така група плям називається біополярною,тому що в обох великих  плямах завжди протилежна полярність магнітного поля.
Найпотужніші прояви фотосфери- це спалахи.
Вони відбуваються в порівняно невеликих областях хромосферы і корони, розташованих над групами сонячних плям. По своїй суті спалах - це вибух,викликаний раптовим стисненням сонячної плазми. Стиснення відбувається під тиском магнітного поля і призводить до утворення довгого плазмового джгута або стрічки. Довжина такого утворення становить десятки і навіть сотні тисяч кілометрів. Триває спалах зазвичай близько години. Хоча детально фізичні процеси,що призводять до виникнення спалахів,ще не вивчені,ясно,що вони мають електромагнітну природу.
Найбільш грандіозними утвореннями в сонячній атмосфері є протуберанці - порівняно щільні хмари газів,що виникають у сонячній короні або викидаються в неї з хромосферы. Типовий протуберанець має вигляд гігантської арки,яка світиться і що спирається на хромосферу та освічена струменями і потоками більш щільної і холодної,ніж навколишнє корона, речовини. Іноді ця речовина утримується прогнувшимся під її вагою силовими  лініями магнітного поля,а іноді повільно стікає по магнітних силових лініях
Сонячна активність має періодичністю. Це можна помітити, якщо день за днем підраховувати кількість наявних на Сонці плям. Період, коли плям немає взагалі, називають мінімумом сонячної активності (рік спокійного Сонця). Через 3-4 роки, чисельно збільшуючись і розростаючись, плями заповнюють собою майже всю видиму поверхню нашого світила, це - максимум сонячної активності (обурене Сонце). Максимуми і мінімуми чергуються в середньому з періодом 11 років. Це складає так званий 11-річний цикл сонячної активності, який зараз розглядається як половина більш важливого 22-річного циклу, під час якого сонячне магнітне поле зазнає подвійне обертання - північний і південний полюси міняються місцями і після цього повертаються в початкове положення.
У періоди максимуму сонячної активності, коли на Сонці бушують шторми завдовжки в десятки тисяч кілометрів, його корона має «розпатланий» вигляд. Викривлені промені корони стирчать на всі боки, як волосся на голові людини, яка щойно скочила з ліжка. У періоди мінімуму сонячної активності корона витягується уздовж сонячного екватора на зразок крил або опахал.
Сонячна активність впливає на Землю. 11-й і 22-літні цикли виявлені і в зміні ширини деревних кілець, що утворюються протягом десятків і сотень років. Це вказує, що сонячні зміни викликають зміни клімату, що впливають на зростання дерев...
Сонячний вітер.
Оскільки спалаху та інші процеси, пов'язані з виділенням енергій, відбуваються на поверхні Сонця постійно, астрономи прийшли до висновку, що наше світило оточене хмарою заряджених частинок високих енергій, що розлітаються в усіх напрямках. Це сонячний вітер.
Сонячний вітер постійно «обдуває» верхні шари земної атмосфери зі швидкістю близько 400 км/сек. Він складається з повністю іонізованних атомів водню; у кожному кубічному сантиметрі сонячного вітру в середньому міститься близько 5 протонів і стільки ж - електронів. Природно, що заряджені частинки сонячного вітру, наближаючись до Землі, вступають у взаємодію з її магнітним полем. Простір навколо Землі, в якому виявляється, магнітне поле астрономи і геофізики називають магнітосферою. Вісь магнітосфери нахилена до осі обертання Землі на 11,5°. Магнітосфера вловлює електрично заряджені частинки, які летять з глибин космосу. Спіймані вони рухаються по спіралях уздовж магнітних ліній, утворюючи навколо земної кулі так звані радіаційні пояси - зовнішній і внутрішній. Внутрішній радіаційний пояс розташований на висоті, що не перевищують 12 тис. км; зовнішній тягнеться приблизно до 57 тис. км.
При своєму наближення до Землі сонячний вітер тисне на магнітосферу, стискаючи її звернену до Сонця область і розтягуючи протилежну область в гігантський хвіст, який перевищує орбіту Місяця.
Коли Сонце спокійне, то на ньому мало плям і спалахів, сонячний вітер, стикаючись з навітряної стороною магнітосфери, стискає її до розмірів близько восьми земних радіусів (радіус Землі дорівнює 6371 км). У такі періоди магнітосфера і товща атмосфери захищають нас від безпосереднього впливу сонячного вітру. Лише в областях високих географічних широт (тобто поблизу Північного і Південного полюсів, за полярним колом) частинки сонячного вітру мають можливість проникати у верхні шари земної атмосфери. При цьому вони викликають її іонізацію, що виявляється у вигляді полярних сяйв - світіння верхніх, дуже розріджених атмосферних шарів, що відбуваються на висоті зазвичай від 80 до 1000 км. Полярні сяйва не без підстави вважаються одним з найкрасивіших, найбарвистіших світлових явищ в природі.
Але зовсім інша картина виникає в періоди максимуму сонячної активності, коли сонячний вітер різко посилюється. Енергія часток, що виникають при сонячних спалахах, настільки велика (нерідко вона перевищує 15 000 Гев), що сонячний вітер досягає «ураганної сили» і швидкості понад 1500 км/сек. Наблизившись до Землі, він часто проривається крізь магнітосферу, долає радіаційні пояси і буквально обрушується на нашу планету, випускаючи випромінювання і гарячі ионизованные гази, які бомбардують Землю і виявляються навіть біля екватора! Але особливо рясно частки сонячного вітру бомбардують полярні області Землі, підсилюючи полярні сяйва і так спотворюючи магнітне поле, що стрілки компасів буквально «сходять з розуму». Виникає так звана магнітна буря.
Однак з практичної точки зору в наші дні набагато важливіший той факт, що сонячні спалахи змінюють властивості області верхньої атмосфери, в якій при звичайних умовах велика концентрація електричних зарядів у формі іонів (ця область називається іоносферою). Магнітна буря породжує бурю іоносферну - щільність іонізованних частинок в іоносфері безладно змінюється, що призводить до порушення роботи радіоапаратури і взагалі всіх приладів, як то пов'язаних з використанням іоносфери.
Найсильніший сонячний вітер, швидкість якого біля поверхні Землі становила 780 км/сек, був зареєстрований 4 серпня 1972 року.
Quasars' humble galactic homes revealed
1. Яке відношення має Сонце до жовтих, білих і чорних карликів?
. Зараз Сонце - зірка - жовтий карлик за прийнятою в астрономії термінологією. Через 8млрд років воно перетвориться в червоного гіганта, потім, скинувши оболонку,стане білим карликом, а потім, остигнувши, - чорним карликом розміром із Землю.
2. Чи змінюється блиск Сонця зі зміною числа плям?
. Плями,що є ділянками більш холодними, ніж фотосфера, оточені більш гарячими і тому більш яскравими областями. Загальна потужність випромінювання в районі плями приблизно така ж, як і у фотосфері. Звідси випливає, що світність Сонця і,відповідно, його блиск практично не залежать від числа плям на його поверхні.
3. Чому плями на Сонці темні?
Зменшення потоку енергії в плямах зумовлено придушенням магнітним полем конвективних рухів у фотосфері. Температура плям приблизно на 1500 К нижче температури фотосфери. По контрасту пляма здається більш темною у порівнянні з навколишньою фотосферою.
4. Чому в оптичному діапазоні спостерігається потемніння диска Сонця до краю, а в рентгенівському, навпаки,- посилення яскравості?
Біля краю диска Сонця око бачить менш глибокі, а, виходить, більш холодні шари в порівнянні з центром диска. У цілому це сприйметься як потемніння диска до краю. Яскравість у рентгенівських променях визначається оптичною товщею сонячної корони, де виникає це випромінювання. Поблизу краю диска оптична товща корони більша, ніж у центрі, а отже, буде більша і яскравість.
5. Чому діаметр Сонця в діапазоні метрових радіохвиль помітно перевершує його діаметр у видимих променях?
Метрові радіохвилі випромінюються сонячною короною, розмір якої більше видимого диска Сонця, створюваного фотосферою.
6. У яку сторону обертається Сонце? .
Сонце обертається навколо осі в напрямку руху планет довкола нього. Це відповідає руху проти часової стрілки, якщо дивитися з боку північного полюса світу.Обертання Сонця приводить до переміщення плям від східного до західного краю,що збігається по напрямку з добовим рухом Сонця по небесній сфері.
7. Який період обертання Сонця?
Кутова швидкість обертання Сонця зменшується з віддаленням від екватора до полюсів. На екваторі період дорівнює 25 діб, у полярних районах - близько 30 діб. Для спостерігача,що знаходиться на Землі, що сама обертається навколо Сонця, період обертання екваторіальної зони Сонця - 27 діб.
8. Чому середня молярна маса речовини Сонця (0.61∙10-3кг/моль) менша, ніж молярна маса водню (1∙10-3 кг/моль) і гелію (4∙10-3кг/моль), з яких воно складається?
Речовина Сонця знаходиться у вигляді плазми і тому при підрахунку середньої молярної маси необхідно враховувати не тільки протони і ядра атомів гелію, але й електрони,що мають дуже малу масу. На 91 протон припадає 9 ядер гелію і 109 електронів,що відірвалися від них.
9. Як далеко простягається атмосфера Сонця?
Уся планетна система занурена в атмосферу Сонця. Щільність її зменшується в міру віддалення від світила. В околицях Землі концентрація газу складає усього біля десятка часток у кубічному сантиметрі.
10. У яких співвідношеннях знаходяться маса і момент імпульсу Сонця і планет?
Маса Сонця в743 рази більша маси планет, а от момент імпульсу Сонця складає всього 2% від сумарного моменту імпульсу Сонячної системи. Перерозподіл моменту імпульсу відбувся на етапі формування планетної системи через дію ряду факторів, у тому числі за допомогою магнітного поля.
11. Який характер має магнітне поле Сонця?
Сонце володіє складним магнітним полем. У полярних районах до широт ±55° магнітні силові лінії спрямовані уздовж меридіанів, а от в екваторіальних областях силові лінії спрямовані уздовж його паралелей. Причиною такого характеру магнітного поля є диференційне обертання Сонця.
12. Чому температура сонячної корони вище температури поверхні Сонця?
Температура корони вище мільйона градусів, що значно перевищує температуру фотосфери -6000°К. Додаткове нагрівання відбувається за рахунок переходу в тепло кінетичної енергії конвективних рухів підфотосферних шарів.
13. Під час якого астрономічного явища і чому лінії поглинання в спектрі Сонця перетворюються в емісійні (лінії випромінювання)?
Це відбувається під час повного сонячного затемнення. Фотосфера в цей час закривається Місяцем,а лінії випромінювання утворяться в гарячій сонячній атмосфері.
14. Що відбулося, якби на Сонці зникла сила газового тиску?
Рівновага будь-якої зірки визначається силою газового тиску, що прагне роздути зірку, і силою тяжіння, що стискає зірку. При дії тільки сили тяжіння Сонце через 40хвилин стиснулось би в точку.
|