§ 43. солнце

Солнце – ближайшая к Земле звезда. Оно даёт свет и тепло, без которых жизнь на Земле была бы невозможна. Часть солнечной энергии, падающей на Землю, поглощается и рассеивается атмосферой. Если бы этого не было, то мощность излучения, получаемая каждым квадратным метром поверхности Земли от падающих отвесно солнечных лучей, составляла около 1,4 кВт/м². Эту величину называют солнечной постоянной. Зная среднее расстояние от Земли до Солнца и солнечную постоянную, можно найти суммарную мощность излучения Солнца, называемую его светимостью и равную примерно 4^.10²⁶ Вт.  

Солнце – огромный раскалённый шар, состоящий в основном из водорода (70% массы Солнца) и гелия (28%), вращающийся вокруг оси (оборот за 25-30 земных суток). Диаметр Солнца в 109 раз больше, чем у Земли. Кажущаяся поверхность Солнца, его фотосфера – самый нижний и плотный слой атмосферы Солнца, из которого выходит бóльшая часть излучаемой им энергии. Толщина фотосферы около 300 км, а средняя температура – 6000 К. На Солнце часто видны тёмные пятна (солнечные пятна), существующие в течение нескольких дней, а иногда и месяцев (рис. 43а). Слой атмосферы Солнца толщиной 12-15 тыс. км, расположенный над фотосферой, называют хромосферой. Солнечная корона -  внешний слой атмосферы Солнца, простирающийся до расстояний в несколько его диаметров. Яркость хромосферы и солнечной короны очень мала, и их можно увидеть только при полном солнечном затмении (рис.43б).

С приближением к центру Солнца температура и давление растут и вблизи него составляют около 15×10⁶ К и 2,3·10¹⁶ Па, соответственно. При такой высокой температуре солнечное вещество становится плазмой – газом, состоящим из атомных ядер и электронов. Высокая температура и давление в ядре Солнца радиусом около 1/3 радиуса Солнца (рис. 43в) создают условия для протекания реакций между ядрами , в результате которых образуются ядра и выделяется огромная энергия.

Ядерные реакции, в которых из лёгких ядер получают более тяжёлые, называют термоядерными (от лат. therme - тепло), т.к. они могут идти только при очень высоких температурах. Энергетический выход термоядерной реакции может быть в несколько раз больше, чем при делении такой же массы урана. Источником энергии Солнца служат термоядерные реакции, происходящие в его ядре. Высокое давление наружных слоёв Солнца не только создаёт условия для протекания термоядерной реакции, но и удерживает его ядро от взрыва.

Энергия термоядерной реакции выделяется в виде гамма-излучения, которое, выходя из ядра Солнца, попадает в сферический слой, называемым лучистой зоной, толщиной около 1/3 радиуса Солнца (рис. 43в). Вещество, находящееся в лучистой зоне, поглощает пришедшее из ядра гамма-излучение и излучает своё, но меньшей частоты. Поэтому по мере движения квантов излучения изнутри наружу их энергия и частота уменьшаются, и гамма-излучение постепенно преобразуется в ультрафиолетовое, видимое и инфракрасное.

Внешнюю оболочку Солнца называют конвективной зоной, в которой происходит перемешивание вещества (конвекция), и перенос энергии осуществляется движением самого вещества (рис. 43в). Уменьшение конвекции ведёт к понижению температуры на 1-2 тыс. градусов и появлению солнечного пятна. При этом рядом с пятном конвекция усиливается, и на поверхность Солнца выносится более горячее вещество, а в хромосфере могут появляться протуберанцы – выбросы вещества на расстояния до ½ радиуса Солнца. Появление пятен часто сопровождается солнечными вспышками – ярким свечением хромосферы, рентгеновским излучением и потоком быстрых заряженных частиц. Установлено, что все эти явления, называемые солнечной активностью, встречаются тем чаще, чем больше солнечных пятен. Количество пятен на Солнце изменяется в среднем с периодом 11 лет.  

      Вопросы для повторения:

·        Чему равна солнечная постоянная, и что называют светимостью Солнца?

·        Каково внутреннее строение Солнца?

·        Почему термоядерная реакция протекает только в ядре Солнца?

·        Перечислите явления солнечной активности?

Рис. 43. (а) – солнечные пятна; (б) – солнечная корона при солнечном затмении; (в) – строение Солнца (1 – ядро, 2 – лучистая зона, 3 – конвективная зона).