Солнце: основные сведения

Вт, Ноябрь 06, 2012 - 1:09

ВНИМАНИЕ! ПРИ НАБЛЮДЕНИЯХ СОЛНЦА ОБЯЗАТЕЛЬНО ИСПОЛЬЗУЕЙТЕ СПЕЦИАЛЬНЫЕ СОЛНЕЧНЫЕ ФИЛЬТРЫ! НАБЛЮДАТЬ СОЛНЦЕ В ЛЮБОЙ ПРИБОР БЕЗ ФИЛЬТРА НЕПРЕЩЕНО!

Как центральное тело системы Солнце представляет собой крупнейшее образование этой группы тел. Его диаметр в 109 раз, а объем в 1,3 млн. раз превосходит диаметр и объем Земли. Это звезда, подобная многим миллиардам других звезд, которые мы видим на небе. Как и они, Солнце состоит из раскаленных газов. Исходящий от этого газового шара свет и связанное с ним тепло являются необходимым условием жизни на Земле. Любое тепло и естественная или полученная искусственно энергия на нашей планете ведут свое происхождение в конечном итоге от Солнца. Электричество и газ, с помощью которого мы готовим пищу и обогреваем помещение, получаются из угля; но уголь есть не что иное, как накопленная энергия Солнца: он образовался из растений, которые росли благодаря действию солнечного света миллионы и миллиарды лет назад. Солнце управляет круговоротом воды в природе — следующими друг за другом испарением, подъемом влаги вверх и осадками. Нагревая земную атмосферу, оно создает различия в давлении воздуха, которые вызывают появление областей с высоким и низким давлением и, как следствие, ветров, солнечное и лунное притяжения вызывают морские приливы и отливы ит. д. Измерением было установлено, что в каждую минуту на квадратный метр земной поверхности попадает количество тепла, которым можно нагреть один литр воды от 0 до 20°С. Напомним, что площадь поверхности Земли равна примерно 500 млн. кл2, так что мы можем составить себе представление о величине, падающей на Землю солнечной энергии. Общий поток энергии, падающий в течение 1 сек на поверхность, равную сечению Земли, составляет 330 млн. лошадиных сил.

Однако из излучаемой Солнцем равномерно по всем направлениям энергии на Землю не падает и миллиардной доли, и даже пучок света, излучаемый в направлении Земли, лишь частично проникает сквозь атмосферу, достигая земной поверхности. Как может возникнуть такое количество энергии на поверхности или внутри Солнца?

Солнце состоит из нескольких слоев. Его ядро окружено фотосферой (светящийся слой, который мы видим) толщиной 4000—5000 км. Над ней расположен значительно более толстый слой хромосферы (цветной слой), который из-за своего слабого излучения обычно не виден (толщина его около 10 000 км). Лишь во время солнечного затмения, когда Луна закрывает почти весь солнечный диск, хромосферу можно видеть в течение нескольких секунд. Границей с мировым пространством служит корона, представляющая очень красивое зрелище; ее можно наблюдать также лишь во время солнечного затмения. В разных слоях Солнца газ, из которого оно состоит (главным образом водород и гелий, в меньших количествах другие вещества), имеет различную температуру. Температура на поверхности Солнца составляет примерно 6000°К, а к центру этого газового шара она возрастает приблизительно до 20 млн.°К. Приведенные здесь значения температуры, как и в случае других звезд, не снабжаются знаком °С (Цельсий). В астрономии используют шкалу Кельвина (отсюда знак °К). Кельвин в качестве нуля принял не температуру плавления льда, как это сделал Цельсий, а исходил из самой низкой достижимой температуры. Это - 273° по шкале Цельсия. Таким образом, прибавив 273° к температуре Цельсия, получим температуру по шкале Кельвина. В центральном ядре Солнца непрерывно идет процесс превращения водорода в гелий. Когда этот газ был обнаружен на Солнце, все были уверены, что его нет на Земле. Поэтому «солнечному газу» дали название гелий (по-гречески «гелиос» — солнце). Немного позднее оказалось, что в небольших количествах гелий имеется и на Земле.

При синтезе в Солнце ядер гелия из ядер водорода масса как бы превращается в энергию; при превращении 1 г водорода в гелий освобождается энергия 175 ООО кВт* ч. Так как Солнце на 90% состоит из водорода, то ясно, что в течение многих миллиардов лет в нем идет постоянное производство энергии. Аналогичный процесс происходит во время взрыва водородной бомбы. Поэтому вряд ли можно представить опустошающую силу такого оружия! Народы должны бороться за то, чтобы результаты научных исследований использовались только в мирных целях.

Если науке удастся превращать водород в гелий без взрыва, как это происходит в Солнце и в звездах, то можно забыть беспокойство по поводу постоянного роста энергопотребления. Но Солнце испускает не только поддерживающие жизнь свет и тепло.

Различают два существенно разных вида излучения Солнца: излучение электромагнитных волн и испускание частиц.

Электромагнитные волны, излучаемые Солнцем, лишь частично достигают земной поверхности, остальные поглощаются (абсорбируются) атмосферой. Последняя имеет два «окна» прозрачности: «оптическое окно» и «радиоокно». Через оптическое окно проходит излучение с длиной волны от 3000 до 10 000 А - это приблизительно то излучение, которое мы воспринимаем как видимый свет (1 А =1 ангстрем = 10-7 мм). Кроме осязаемых тепловых лучей с длиной волны до 1 см, к числу достигающих земной поверхности волн относятся частично и радиоволны длиной от 1 см до 10 м. Исследованием излучения на этих волнах занимается целая отрасль современной астрономии — радиоастрономия, о которой подробнее рассказывается ниже. Цветовые ощущения возникают в глазу в ответ на восприятие света разных длин волн. Цвет излучения самых коротких волн (около 400 миллионных долей миллиметра) - фиолетовый; еще более короткие волны в невидимой для нас части спектра называют ультрафиолетовым излучением. Ощущение красного цвета вызывается в нашем глазу излучением больших длин волн (около 800 миллионных долей миллиметра). Излучение еще более длинных волн называют инфракрасным, или тепловым; оно также невидимо для нас. Ультрафиолетовое излучение почти полностью поглощается атмосферой. Если бы атмосфера была прозрачна для ультрафиолетового излучения, то в известных нам формах жизнь на Земле не могла бы существовать. Уже в тех небольших количествах, в которых до нас доходит ультрафиолетовое излучение, мы ощущаем иногда «го вредное действие: при интенсивном облучении солнечным светом его ультрафиолетовая составляющая действует на нашу кожу, вызывая появление загара.

Испускание частиц (корпускулярное излучение) в противоположность электромагнитному излучению представляет собой выбрасывание мельчайших частиц вещества, осколков атомов водорода, которые улетают от Солнца со скоростью от 100 до 2000 км/сек. Они достигают верхних слоев земной атмосферы (ионосферы) и вызывают появление на большой высоте эффектных полярных сияний. Кроме полярного сияния, появляется еще и другое явление. Благодаря физическим изменениям в атомах и молекулах соответствующих слоев, происходящим под действием сильного ультрафиолетового излучения Солнца, эти слои становятся на время «прозрачными» для коротких радиоволн, т. е. они уже не отражают короткие радиоволны, посланные с Земли, и потому делают невозможной радиосвязь на коротких волнах. Корпускулярное и ультрафиолетовое излучения, а также вызываемое ими нарушение радиосвязи становятся особенно сильными, когда на Солнце начинаются определенные кратковременные процессы, известные как проявления солнечной активности и называемые вспышками (эрупциями).

Солнечная активность выражается в различных явлениях. Наиболее замечательны и известны солнечные пятна. Их можно наблюдать с простыми вспомогательными оптическими средствами. Пятна, представляющиеся нам темными точками или темными областями на солнечной поверхности,- это области с более низкой температурой, чем окружающее их вещество фотосферы. Их можно назвать газовыми вихрями огромных масштабов. Часто они появляются группами, общая протяженность которых может достигать 200 000 км, что в 15 раз больше диаметра Земли. Не всегда пятна в группах равны по числу и величине. Бывают годы с повышенной и пониженной частотой появления пятен. Установлено, что обилие пятен меняется в среднем с периодом в 11 лет. Каждые 11 лет пятна бывают большими и многочисленными (максимум пятен); между такими периодами лежат промежутки времени с пониженной частотой появления пятен (минимум). Так как вспышки вблизи солнечных пятен дают особенно сильное ультрафиолетовое и корпускулярное излучения, то в период максимума пятнообразовательной деятельности Солнца полярные сияния и нарушения радиосвязи особенно усиливаются. Однако ошибочны предсказания астрологов, которые приписывают максимуму солнечной активности повышенную опасность войны и эпидемий; они не имеют под собой никакой научной основы.

Факелы - области повышенной яркости (особенно хорошо видимые на несколько более темных краях солнечного диска), появляются часто в виде световых прожилок в окрестностях пятен. Это могут быть перегретые участки более высоких слоев солнечной атмосферы с повышенным излучением.

Вспышки - очень мощные, кратковременные явления, в большинстве случаев внутри или в окрестностях больших групп пятен. Они испускают мощное ультрафиолетовое, рентгеновское и корпускулярное излучения, которые являются ответственными за вышеупомянутые возмущения земной ионосферы и за полярные сияния.

Протуберанцы - другое выражение активности Солнца. Здесь мы имеем дело с выброшенными на большие высоты облаками раскаленных газов. Они иногда прорываются далеко за хромосферу и могут достигнуть высоты в несколько сотен тысяч километров. Частота появления протуберанцев и факелов также меняется приблизительно с 11-летним периодом. Их можно наблюдать не только при полном солнечном затмении, но и при помощи специальных приборов.

С движениями Солнца, как мы их видим, т. е. с кажущимися движениями, мы знакомы из опыта. Суточное движение Солнца с востока на запад обусловлено, как уже было сказано, вращением Земли вокруг своей оси с запада на восток. В зависимости от времени года мы видим Солнце в полдень то выше, то ниже над горизонтом. Это следствие его годового движения. Но и это движение лишь кажущееся и является отражением движения Земли вокруг Солнца. При этом, изменение высоты Солнца над горизонтом в полдень в течение года есть следствие параллельности земной оси самой себе в пространстве при обращении Земли вокруг Солнца.

Когда в северном полушарии лето, северная половина земного шара обращена к Солнцу и высота Солнца в полдень в это время около 60°. Когда у нас зима, к Солнцу обращено южное полушарие и Солнце достигает высоты лишь 15°. Из-за различия углов падения излучения на поверхность Земли в этих двух случаях и происходит различный нагрев поверхности и воздуха, которому поверхность передает тепло. Итак, смена времен года не обусловлена изменением расстояния от Земли до Солнца, а наоборот, - в северном полушарии лето как раз тогда, когда Земля находится на максимальном расстоянии от Солнца!

Кроме этих видимых движений, Солнце совершает реальные движения. Оно вращается вокруг своей оси со скоростью один оборот в 27 суток. Кроме того, вместе со всеми телами Солнечной системы оно движется среди звезд со скоростью 20 км/сек по направлению к созвездию Геркулеса, а вместе со всеми окружающими его звездами принимает участие во вращении вокруг центра Млечного Пути со скоростью 200 км/сек.

Комментировать