Дивлячись на світило, яке мільярди років гріє і освітлює нашу планету, мало хто з нас здогадується, що перед нами працює природний термоядерний реактор. Таке грізне і страшне порівняння пов'язано з природою Сонця, яке за походженням і своїм складом є типовою зіркою нашої галактики. Незважаючи на те, що процеси, що відбуваються на Сонці, ніяк не можна назвати життєдайними, ця зірка несе нам життя.
Що являє собою Сонце?
Чому Сонце - зірка, схожа на мільярди інших в галактиці Чумацький Шлях - так цікавить астрофізиків і вчених-ядерників? Справа в тому, що це найближча до нас зірка, завдяки якій ми можемо зрозуміти суть процесів, які вирують у Всесвіті з моменту її народження. Вивчивши Сонце, ми зрозуміємо, що таке зірки, як вони живуть і чим закінчується настільки блискуче видовище. Інші зірки, зважаючи на значний свого віддалення від нашої Сонячної системи, не можуть нам продемонструвати особливості свого зовнішнього вигляду.
Наша зірка є центральним об'єктом Сонячної системи, навколо якого по своїх орбітах обертаються вісім планет, астероїди і карликові планети, комети та інші космічні об'єкти. Сонце відноситься до зірок G класу відповідно до Гарвардської класифікації. Відповідно до класифікації Анджело Секкі Сонце так само, як Арктур і Капела, це жовтий карлик II класу. На відміну від інших зірок, що знаходяться в десятках, в сотнях світлових років від нашої планети, наше світило розташовується практично поруч. Землю від Сонця відокремлює 150 млн. Км - незначна відстань у порівнянні з колосальними відстанями, які переважають у Всесвіті.
Найближча до Сонця зірка - червоний карлик Проксима Центавра - перебуває на відстані 4 світлових років. Ми знаходимося далеко від туманностей і зоряних скупчень, які є найбільш неспокійними областями галактики. Таке розташування забезпечує спокійне рух Сонця по своїй орбіті вже 14 млрд. Років, з тих пір як утворилася галактика Чумацький Шлях і наш Всесвіт в цілому. Швидкість руху зірки по орбіті навколо галактичного центру становить 200 км в секунду.
За земними мірками 150 млн. Кілометрів - це велика відстань. Однак навіть на такій відстані ми в повній мірі відчуваємо тепло, яке випромінює Сонце. Світло нашої зірки йде до нас 8 секунд і продовжує гріти і висвітлювати нашу планету. Вся справа в розмірах нашої зірки. Незважаючи на те, що наше світило відноситься до нормальних зірок, із середньою масою, його маса перевищує в 700 разів масу всіх небесних тіл Сонячної системи. Розмір сонячного диска сьогодні визначено і становить 1 млн. 392 тис. 20 км. Це в 109 разів більше діаметру Землі.
Походження Сонця, його життя і смерть
Наше світило народилося разом з іншими зірками більше 4-5 млрд. Років тому. Пологовим будинком для Сонця стало газова хмара, що утворилася в результаті колосальних за своїми масштабами космічних катаклізмів. За однією з версій, хмари газу з'явилися в результаті Великого Вибуху, який потряс простір. За своїм складом газопилові хмари складалися на 99% з атомів водню. Лише 1% припадав на атоми гелію і інші елементи. Весь цей набір елементів під дією сил гравітації отримав необхідний імпульс і став щільно стискатися в одну субстанцію.
Чим швидше росла маса, тим швидше ставала швидкість обертання. Атоми з'єднувалися в великі з'єднання, утворюючи молекулярний водень і гелій. В результаті фізичних процесів і стрімкого обертання в центрі хмари склалося кулясте освіту. З'явилася протозвезда - найдавніша форма, яка передує наступному утворенню повноцінної зірки. Первісне кількість космічного газу перевищувало нинішні розміри нашої Сонячної системи. Надалі під впливом гравітаційних сил зоряне речовина стало щільно стискатися, збільшуючи масу майбутньої зірки.
Разом зі зменшенням розмірів протозірки, збільшувався тиск всередині зоряної субстанції. Це в свою чергу призвело до стрімкого зростання температури всередині газового освіти. Висока щільність і температура в 100 млн. Кельвіна запустили процес термоядерного синтезу водню.
Термоядерна реакція породжує величезну кількість теплової та світлової енергії, яка поширюється від внутрішніх областей Сонця до його поверхні. Щомиті з його поверхні випаровується у відкритий космос більше 4 млн. Тонн. З огляду на, що наша зірка існує вже не один мільярд років і продовжує світити без видимих і істотних змін, можна зробити висновок - запаси водню у нашого Сонця колосальні. Коли цей запас вичерпається, залишається тільки здогадуватися, займаючись математичними обчисленнями. Судячи з розрахунками вчених, Сонце буде ще так само гріти і світити десяток мільярдів років, поки не закінчаться запаси термоядерного палива.
У міру згасання інтенсивності термоядерних процесів починається заключна фаза життя зірки. Щільність зірки зменшиться, а от її розміри значно збільшаться. Замість жовтого карлика Сонце стане Червоним гігантом. Досягнувши цієї стадії, наша зірка покине головну послідовність і буде спокійно чекати своєї смерті. Людству не дочекатися фіналу цієї драми, так як гігантське Червоне Сонце знищить своїм вогнем практично все живе на нашій планеті. Поверхня величезного червоного диска розжаритися до температури 5800 К. Радіус Сонця стане більше в 250 разів у порівнянні з нинішніми значеннями.
Поступово температура поверхні буде знижуватися, а зірка буде збільшуватися в розмірах. Помітно зросте і її світність, в 2700 разів у порівнянні з нинішньою яскравістю. Першими зникнуть Меркурій і Венера. Планета Земля неминуче через десятки мільярдів років припинить своє існування. Атмосфера планети під впливом сонячного вітру зникне, вода випарується і поверхня планети перетвориться в розпечену кам'яну брилу.
У такій фазі наше світило перебуватиме кілька десятків мільйонів років. Після того, як температура в центрі сонячного ядра досягне значень 100 мільйонів за Кельвіном, запуститься процес горіння гелію і вуглецю. Новий виток ланцюгових реакцій остаточно виснажить Сонце. Сильно зменшилася маса зірки не зможе утримувати зовнішню оболонку, яку пульсуючі термоядерні процеси розвіють в просторі. На місці червоного гіганта утворюється планетарна туманність, в центрі якої залишиться ядро колишньої зірки - білий карлик. Іншими словами, через десятки мільярдів років наше гостинне світило перетвориться в маленький щільний і гарячий об'єкт розмірами з нашу планету. В такому стані зірка буде перебувати ще досить тривалий час, повільно вмираючи і жевріючи.
Будова і структура Сонця
Близькість Сонця дозволяє отримати уявлення про його будову і структуру, отримати дані про те, як працює цей природний термоядерний реактор і які в ньому відбуваються процеси. Цікавим буде розібрати структуру, яка складається з наступних компонентів:
- ядро;
- зона променистої енергії;
- конвективная зона;
- тахоклін.
Далі починаються шари сонячної атмосфери:
- фотосфера;
- хромосфера;
- протуберанці.
Зірка не є твердим тілом, з огляду на те, що ми маємо справу з розпеченим газом, щільно стиснутим в сферичну область. При таких температурах існування будь-якої речовини в твердому вигляді фізично неможливо. Яскраве світло і тепло, що випромінюються Сонцем, є наслідком тих же процесів, з якими людина зіткнувся при створенні атомної бомби. Тобто матерія під дією величезного тиску і високих температур перетворюється в енергію. Основним паливом є водень, який в складі Сонця становить 73,5-75%, тому основним джерелом тепла є процес термоядерного синтезу водню, зосереджений головним чином в ядрі, центральній частині зірки.
Сонячне ядро становить орієнтовно 0,2 сонячного радіуса. Саме тут йдуть основні процеси, за рахунок яких Сонце живе і постачає світловий і кінетичної енергією навколишній космічний простір. Процес перенесення променистої енергії від центру зірки до верхніх шарів здійснюється в зоні променевого переносу. Тут фотони, які прагнуть від ядра до поверхні, перемішуються з частинками іонізованого газу (плазми). За рахунок цього відбувається обмін енергією. У цій частині сонячного кулі розташовується особлива зона - тахоклін, яка відповідає за освіту магнітного поля нашої зірки.
Далі починається наймасштабніша область Сонця - конвективна зона. Ця область становить майже 2/3 сонячного діаметру. Один тільки радіус конвективного зони практично дорівнює діаметру нашої планети - 140 тис. Кілометрів. Конвекція є процес, при якому щільний і розігрітий газ рівномірно розподіляється по всьому внутрішньому об'єму зірки у напрямку до поверхні, віддаючи тепло наступним верствам. Цей процес відбувається безперервно і його можна бачити, спостерігаючи за поверхнею Сонця в потужний телескоп.
На кордоні внутрішньої структури і атмосфери зірки знаходиться фотосфера - тонка, всього 400 км глибиною, оболонка. Саме її ми і бачимо при своїх спостереженнях за Сонцем. Фотосфера складається з гранул і неоднорідна за своєю структурою. Темні плями змінюються яскравими ділянками. Така неоднорідність пов'язана з різним періодом охолодження поверхні Сонця. Що стосується невидимої частини спектра поверхні нашого світила, то в цьому випадку ми маємо справу з хромосферою. Це щільний шар атмосфери Сонця, і його можна бачити тільки під час сонячного затемнення.
Найбільш цікавими сонячними об'єктами для спостереження єпротуберанці, які з вигляду нагадують довгі волокна, і сонячна корона. Ці утворення є гігантськими викидами водню. Виникають протуберанці і переміщаються по поверхні Сонця з величезною швидкістю - 300 км / с. Температура цих петлею перевищує позначку 10 тис. Градусів. Сонячна корона являє собою зовнішні шари атмосфери, які по товщині перевищують діаметр самої зірки в кілька разів. Точної кордону у сонячної корони немає. Її видима межа є тільки частиною цього величезного освіти.
Завершальним етапом сонячної активності є сонячний вітер. Цей процес пов'язаний з природним закінченням зоряного речовини через зовнішні шари в навколишній космічний простір. Сонячний вітер в основному складається з заряджених елементарних частинок - протонів і електронів. Залежно від циклу сонячної активності швидкість сонячного вітру може бути різною від 300 км в секунду до позначки в 1500 км / с. Ця субстанція поширюється по всій сонячній системі, впливаючи на всі небесні тіла нашого ближнього космосу.
Приблизно таку структуру мають і інші зірки, що входять в головну послідовність. Інші небесні світила, які ми спостерігаємо на нічному небокраї, можуть мати іншу структуру. Відмінності можуть полягати тільки в масі зірки, яка в даному випадку є ключовим фактором для зоряної активності.
Особливості нашої зірки
Як і всі нормальні зірки, яких у Всесвіті більшість, Сонце є основним об'єктом нашої планетарної системи. Величезна маса зірки і її розміри забезпечують баланс гравітаційних сил, забезпечуючи впорядкований рух небесних тіл навколо неї. На перший погляд наше світило нічим особливим не відрізняється. Однак за останні роки зроблено ряд відкриттів, які дозволяють стверджувати про унікальність Сонця. Наприклад, Сонце дає на порядок менше випромінювання в ультрафіолетовому діапазоні, ніж інші однотипні зірки. Інша особливість полягає в стані нашої зірки. Сонце відноситься до змінних зірок, проте на відміну від своїх сестер по космосу, які змінюються інтенсивність і яскравість світла, наше світило продовжує світити рівним світлом.
Також воно виділяє величезну кількість енергії, при цьому видимими є тільки 48% цієї кількості. Невидиме людському оку інфрачервоне випромінювання становить 45% енергії Сонця. З усього того величезної кількості сонячного випромінювання наша планета отримує зовсім крихти, близько половини мільярдної частки, однак цього цілком вистачає для підтримки балансу, що створилися на Землі умов.
висновок
Оцінюючи отримані на сьогоднішній день дані про Сонце, не можна стверджувати, що ми досконало знаємо природу нашої зірки. Всі уявлення про будову і структуру Сонця тримаються на математичних і фізичних моделях, створених людиною. Аналіз процесів, що відбуваються всередині нашої зірки і на її поверхні, дозволяє знайти пояснення тим процесам і явищам, які відбуваються на нашій планеті. Сонце є не тільки генератором енергії, обігрівають нашу планету, а й самим потужним джерелом радіовипромінювання і електромагнітних хвиль, які впливають на біосферу Землі. Будь-яка зміна активності Сонця миттєво відбивається на стані земного клімату і нашому самопочутті.
