kse_lect_2010_zao_3

Солнце – ближайшая звезда.

Солнце принадлежит к классу небесных тел, называемых звездами

– т.е. это огромный шар горячей плазмы, чья температура поддерживается за счет термоядерных реакций. Оно является центром нашей планетной системы, а также является ее крупнейшим телом. Его радиус в 109 раз, а масса – в 330 000 раз больше массы Земли. В то же время его средняя плотность всего в 1,4 раза больше плотности воды. Полная мощность излучаемой Солнцем энергии составляет L = 3,86•1026Вт. Это соответствует 6,5 кВт с каждого квадратного сантиметра его поверхности. Земля получает лишь 0,5•10-9 этой энергии.

Еще Галилей наблюдал вращение Солнца по движению пятен на его поверхности. Различные зоны Солнца вращаются вокруг оси с различными периодами – от 25 суток на экваторе до 30 суток вблизи полюсов. Это доказывает, что Солнце вращается не как твердое тело, скорость вращения точек на поверхности Солнца уменьшается от экватора к полюсам.

Солнце излучает весьма широкий спектр электромагнитных волн – начиная с радиоволн и заканчивая рентгеновским излучением. При этом большая часть энергии выделяется в инфракрасном и оптическом диапазонах, а максимум интенсивности приходится на область длин волн 430–500 нм. Исследования спектра излучения Солнца позволили установить его химический состав. Примерно на ¾ Солнце состоит из водорода и на ¼ из гелия. На другие элементы приходится менее 1% его массы. Тем не менее, их роль в формировании солнечного спектра является весьма заметной, поскольку именно за счет примесей в нем появляются как линии поглощения, так и линии эмиссии.

Природа источников энергии Солнца долгое время оставалась под вопросом. Рассматривались разные теории, в том числе, о разогреве за счет сжатия под действием собственного тяготения (Кельвин и Гельмгольц) и радиоактивного разогрева (Джинс). В 1935 году Ханс Бете выдвинул гипотезу (Нобелевская премия 1967 года), что источником солнечной энергии может быть термоядерная реакция превращения водорода в гелий.

В центральных областях Солнца при температуре порядка 107 К и давлении порядка 1011 атм становится возможной цепочка протон-протонных взаимодействий, в результате которых образуются ядра гелия. Причиной выделения энергии служит так называемый дефект массы, возникающий при слиянии нескольких частиц в одну – ее масса оказывается меньше суммы масс исходных частиц. Согласно теории относительности появление этого дефекта должно быть скомпенсировано путем выделения эквивалентного количества энергии (1,442 МэВ) в виде квантов γ-излучения. Некоторую часть энергии также уносят нейтрино.

Общее строение Солнца. Теоретические исследования (в целом подтвержденные данными наблюдений) показали, что внутренняя структура Солнца в целом состоит из трех основных частей, примерно

одинаковых по глубине: 1) центральная часть

(ядро), в котором максимального значения достигают температура, давление и плотность вещества, сжатого гравитацией и подогреваемого энергией термоядерных реакций

2) лучистая зона, в которой энергия переносится наружу только излучением отдельных атомов, постоянно поглощающих и переизлучающих ее по всем направлениям

3) конвективная зона

(внешняя треть радиуса), в которой из-за быстрого охлаждения самых верхних слоев энергия переносится самим веществом.

Внешние, наблюдаемые слои Солнца называются его атмосферой. Именно их излучение непосредственно достигает наблюдателя.

Солнечная атмосфера, в свою очередь, также состоит из трех основных слоев – фотосферы, хромосферы и короны.

Почти вся излучаемая Солнцем энергия исходит из фотосферы, из-за чего ее температура постепенно уменьшается с 8000К до 4500K. С увеличением высоты температура снова начинает расти, и начинается следующая часть атмосферы – хромосфера.

Там, где температура увеличивается почти до 106 К, хромосфера переходит в солнечную корону – горячую плазму, расширяющуюся в межпланетное пространство в виде так называемого солнечного ветра.

Магнитное поле Солнца впервые было обнаружено в 1908 г. Дж. Хейлом, изучавшим особенности спектральных линий в солнечных пятнах. Именно в пятнах напряжённость магнитного поля Солнца может достигать своего максимума порядка 4000 Э. Поле в пятнах есть проявление общего магнитного поля Солнца, силовые линии которого имеют различное направление в Северном и Южном полушариях Солнца. В целом крупномасштабное магнитное поле Солнца выглядит достаточно сложным.

Магнитное поле Солнца не остается постоянным. Фактически все проявления солнечной активности – пятна, вспышки, протуберанцы

– связаны с его циклическими изменениями. Крупномасштабное поле квазипериодически изменяется с периодом приблизительно 22 года (Солнечный цикл активности). При этом каждые 11 лет происходит смена общего направления (полярности) крупномасштабного поля, сопровождающееся изменением числа и размера пятен. Мелкомасштабные магнитные поля Солнца изменяются нерегулярно.

Юджин Паркер показал (1958), что солнечная корона остается горячей на большом расстоянии. Так как с расстоянием от Солнца его притяжение ослабевает, из верхней короны начинается сверхзвуковое истечение вещества в межпланетное пространство, которое было названо "солнечным ветром".

Солнечный ветер - поток ионизированных частиц (в основном гелиево-водородной плазмы), истекающий из солнечной короны со скоростью 300-1200 км/с в окружающее космическое пространство.

Первые прямые измерения характеристик солнечного ветра были проведены в январе 1959 советской станцией Луна-1.