Солнце и его характеристики
Около пяти миллиардов лет назад в недрах туманности, возникшей на месте еще более раннего взрыва гигантской сверхновой звезды, вспыхнула крохотная по космическим меркам желтоватая звездочка — наше Солнце. С тех пор в Солнечной системе в буквальном смысле слова все вращается вокруг него.
Солнечное излучение поддерживает жизнь на Земле, определяет ее климат, является источником практически всех видов энергии, которыми пользуется человеческая цивилизация. Несмотря на то, что наша звезда относится по астрономической классификации к «желтым карликам», она светит белым светом, так как температура солнечной поверхности около 6 тыс. градусов. Гигантский газовый шар нашей звезды на 72% состоит из водорода и на 25% из гелия. Диаметр Солнца в 109 раз превосходит диаметр Земли, а его масса больше земной в 330 тыс. раз — именно это и делает Солнце «гравитационным повелителем» всех космических тел, которые попадают в сферу его влияния.
Интересно, что средняя плотность вещества Солнца составляет всего 1,4 г/см³, то есть равна плотности воды в Мертвом море. Всего за секунду наше светило производит в 100 тыс. раз больше энергии, чем человечество произвело за всю свою историю.
Строение Солнца
- Ядро
- Зона лучистого переноса
- Конвективная зона
- Фотосфера
- Хромосфера
- Корона
- Солнечные пятна
- Гранулы
- Протуберанец
Глядя на звезду
Даже для невооруженного глаза Солнце выглядит диском. Но долго смотреть на него без специальных приборов опасно — человеческий глаз для этого не приспособлен. Поэтому астрономы пользуются солнечными телескопами особой конструкции.
С первого же взгляда на увеличенное изображение солнечного диска становится ясно, что Солнце имеет неравномерную яркость. К краям диск звезды заметно «темнее», чем в центре. Это связано с тем, что в недрах Солнца температура намного выше, чем на поверхности. В центре диска мы как бы заглядываем в недра звезды сквозь более холодный поверхностный слой, а ближе к краям, так как Солнце имеет форму шара, нашему взгляду приходится преодолевать куда более толстые слои «остывающего» вещества. Вот глаз и воспринимает их как более темные.
При еще большем увеличении поверхность Солнца кажется зернистой. Она усеяна многочисленными гранулами, которые существуют очень короткое время, сменяясь новыми. Эти гранулы — гигантские массы раскаленных газов, поднимающиеся из недр солнца к его видимой поверхности, которую называют фотосферой — светоносной сферой. Именно оттуда исходит большая часть светового излучения.
Солнечные пятна
На диске нашей звезды время от времени возникают области, которые по сравнению с другими кажутся очень темными. Это солнечные пятна — зоны, где температура горячих газов «падает» до 4,5 тыс. градусов.
Впервые пятна на Солнце в телескоп наблюдал Галилео Галилей в 1610 г. Но и до него люди могли наблюдать невооруженным глазом наиболее крупные группы пятен. Так, в древнерусской Никоновской летописи под 1365 и 1371 гг. можно прочесть: «Бысть знамение в Солнце, места черны по Солнцу, аки гвозди...»
Солнечные пятна, — а некоторые из них порой достигают размеров нашей Земли и более, — это места выхода силовых линий магнитного поля звезды на ее поверхность. Магнитное поле замедляет подъем горячего вещества из недр светила. Пятна неторопливо перемещаются по солнечному диску — это признак того, что наша звезда вращается. Но Солнце не твердое тело, а газовый шар, поэтому и характер вращения у него совсем не такой, как у Земли: экваториальные области нашей звезды совершают один оборот за 25 земных дней, а полярные — за 34 дня.
Появление большого количества пятен на Солнце — признак возрастания его активности. В годы минимальной активности пятен может не быть совсем, в годы максимума их количество измеряется десятками. Максимумы и минимумы солнечной активности повторяются в среднем каждые 11 лет, а последний максимум солнечной активности был в 2000 г.
8 апреля 1947 г. на южном полушарии Солнца астрономы обнаружили самое большое скопление солнечных пятен за все время наблюдений — а это несколько столетий. Максимальная длина скопления составляла 300 тыс. км, а ширина — 145 тыс. км. Его площадь в 36 раз превосходила площадь поверхности Земли. Уникальное скопление можно было без труда наблюдать на солнечном диске невооруженным глазом в предзакатные часы.
Вспышки и протуберанцы
Невероятно могучие проявления солнечной активности — вспышки в фотосфере. Это гигантские взрывы, которые происходят при внезапном сжатии солнечной плазмы под действием магнитного поля звезды. При этом образуется «жгут» или «лента» раскаленной плазмы длиной в сотни тысяч километров и выделяется энергия, сравнимая с одновременным взрывом миллиарда ядерных бомб. Чаще всего вспышки происходят в окрестностях солнечных пятен и продолжаются всего несколько минут.
Но самыми грандиозными образованиями в солнечной атмосфере являются протуберанцы — выбросы потоков вещества из хромосферы — слоя солнечной атмосферы, расположенного над фотосферой. Плотность вещества в хромосфере гораздо ниже, чем в фотосфере, но температура его в два-три раза выше, чем на поверхности Солнца. Это удивительное на первый взгляд явление объясняется тем, что хромосферу «разогревают» электромагнитные поля, исходящие из недр Солнца — примерно так, как разогреваются продукты в обычной кухонной микроволновой печи.
Многие процессы на Земле связаны с активностью Солнца — от климатических аномалий до роста растений и размножения животных. Так, в конце 17 — начале 18 вв., когда пятен на Солнце практически не было, в Европе наступил период многолетнего похолодания. А в 20 в. биофизик А. Чижевский доказал, что существует связь между количеством событий в общественной жизни и солнечной активностью. В годы максимально активного Солнца увеличивается количество революций и войн, растет политическая активность населения. Кроме того, резко возрастает вероятность развития эпидемий инфекционных заболеваний.
Когда погаснет Солнце?
Мы говорим — «Солнце горит», но источником его излучения являются вовсе не химические реакции горения, а термоядерный синтез. В условиях сверхвысоких температур и давлений ядра водорода (главного элемента в составе Солнца) начинают соединяться и образовывать ядра другого элемента — гелия. При этом выделяется в миллионы раз больше энергии, чем при горении.
Каждую секунду на Солнце в энергию полностью превращается 4,26 млн т вещества, однако эта величина просто ничтожна по сравнению с общей массой нашего главного светила. Запасов водорода, необходимого для термоядерных реакций, нашей звезде хватит еще на несколько миллиардов лет.
Возраст Солнца ученые оценивают в 4,67 млрд лет. И на протяжении всего этого времени ведет оно себя очень «уравновешенно». Количество светового и теплового излучения нашего светила почти постоянно, а вот мощности его ультрафиолетового, рентгеновского и радиоизлучения постоянно меняются. Изменчива также плотность потока частиц, которые Солнце выбрасывает в окружающее пространство — ученые называют его «солнечным ветром».
То, что тепловое излучение Солнца постоянно,— большая удача для человечества. Если бы оно было хотя бы на 10 процентов мощнее, то наша планета превратилась бы в раскаленную пустыню, на 10 процентов слабее — и Земля покрылась бы вечными льдами.
Солнце образовалось из туманности, которая состояла из чистого водорода. Все остальные элементы, входящие в состав солнечной плазмы, — гелий, железо, никель, хром, магний, азот, кислород, углерод, кальций и неон, — образовались в результате сложных ядерных реакций и превращения элементов. Но, в отличие от более крупных звезд, нашему светилу не грозит опасность окончить свое существование грандиозным взрывом, превратившись в сверхновую. Для этого его масса слишком мала.
Таким, как мы видим его, солнце просуществует около 10 млрд лет. Сегодня оно находится почти на середине этого бесконечно длинного пути. Но что же ждет его в отдаленном будущем?
То же, что и все остальные звезды такого же спектрального класса и массы. Через 4—5 млрд лет оно превратится в красный гигант. По мере того, как водородное топливо в ядре Солнца будет иссякать, его внешняя оболочка будет расширяться, а ядро — сжиматься и нагреваться. И примерно через 7,8 млрд лет, когда температура в ядре достигнет 100 млн градусов, в нем начнутся термоядерные реакции синтеза углерода и кислорода из гелия. Солнце начнет быстро терять массу и расширяться. Его внешняя поверхность достигнет современной орбиты Земли, но Земля к этому времени будет уже далеко — из-за того, что Солнце станет менее массивным, она перейдет на более далекую орбиту и не угодит в горячую плазму.
Но хорошего все равно мало — в течение следующих 500—700 млн лет поверхность Земли будет настолько горячей, что на ней станет невозможным существование какой-либо формы жизни, а вся вода на планете превратится в пар.
После этого «состарившийся» красный гигант потеряет внешнюю оболочку, из которой образуется планетарная туманность. В центре этой туманности останется крохотный белый карлик, который образуется из очень горячего ядра Солнца. В течение еще нескольких миллиардов лет он будет постепенно остывать и угасать.