Солнце: строение, характеристики, интересные факты, фото, видео

Примечания

  1. От поверхности Солнца — от 8 мин. 8,3 сек. в перигелии до 8 мин. 25 сек. в афелии.
  2. Meyer-Vernet, Nicole. Basics of the Solar Winds. — Cambridge University Press, 2007. — ISBN 0-521-81420-0.
  3. Kristian Birkeland, «Are the Solar Corpuscular Rays that penetrate the Earth’s Atmosphere Negative or Positive Rays?» in Videnskapsselskapets Skrifter, I Mat — Naturv. Klasse No.1, Christiania, 1916.
  4. Philosophical Magazine, Series 6, Vol. 38, No. 228, December, 1919, 674 (on the Solar Wind)
  5. Ludwig Biermann (1951). «Kometenschweife und solare Korpuskularstrahlung». Zeitschrift für Astrophysik 29: 274.
  6. Всехсвятский С. К., Никольский Г. М., Пономарев Е. А., Чередниченко В. И. К вопросу о корпускулярном излучении Солнца // Астрономический журнал. — 1955. — Т. 32. — С. 165.
  7. M. Neugebauer and C. W. Snyder (1962). «Solar Plasma Experiment». Science 138: 1095–1097.
  8. G. W. Pneuman and R. A. Kopp (1971). «Gas-magnetic field interactions in the solar corona». Solar Physics 18: 258.
  9. Ермолаев Ю. И., Николаева Н. С., Лодкина И. Г., Ермолаев М. Ю. Относительная частота появления и геоэффективность крупномасштабных типов солнечного ветра // Космические исследования. — 2010. — Т. 48, № 1. — С. 3–32.
  10.  (англ.)

Где солнечное ионизирующее облучение сильнее?

Наибольшая мощность космических лучей фиксируется на полюсах, а меньше всего – на экваторе. Связано это с тем, что магнитное поле Земли отклоняет к полюсам заряженные частицы, падающие из космоса. Кроме этого, излучение усиливается с высотой – на высоте 10 километров над уровнем моря его показатель возрастает в 20-25 раз. Активному воздействию более высоких доз солнечной радиации подвергаются жители высокогорий, поскольку атмосфера в горах тоньше и легче простреливается идущими от солнца потоками гамма-квантов и элементарных частиц.

Важно. Серьезного воздействия радиационный уровень до 0,3 мЗв/ч не оказывает, но при дозе 1,2 мкЗ/ч рекомендуется покинуть район, а случае крайней необходимости находится на его территории не более полугода. При превышении показаний вдвое следует ограничить пребывание в этой местности до трех месяцев

Если над уровнем моря годовая доза космического облучения составляет 0,3 мЗв/год, то при повышении высоты через каждые сто метров этот показатель увеличивается на 0,03 мЗв/год. После проведения небольших расчетов можно сделать вывод, что недельный отпуск в горах на высоте 2000 метров даст облучение 1мЗв/год и обеспечит почти половину общей годовой нормы (2,4 мЗв/год).

Получается, что жители гор получают годовую дозу радиации, в разы превышающую норму, и должны чаще болеть лейкозом и раком, чем люди, живущие на равнинах. На самом деле, это не так. Наоборот, в горных районах фиксируется более низкая смертность от этих заболеваний, а часть населения – долгожители. Это подтверждает тот факт, что длительное нахождение в местах высокой радиационной активности не оказывает негативного влияния на организм человека.

Съёмочная группа

  • Сценарист: Игнатий Дворецкий
  • Режиссёр: Ростислав Горяев
  • Оператор: Валерий Миронов
  • Композитор: Андрей Петров
  • Художник-постановщик: Иван Тартынский
  • Звукооператор: Александр Куцый
  • Режиссёры:
    • Н. Павов
    • С. Никитин
    • Р. Волкова-Лилова
  • Оператор: В. Шевалёв
  • Монтаж: Т. Пахомычева
  • Костюмы: Н. Катаева
  • Грим:
    • Л. Шайдурова
    • В. Николаева
  • Комбинированные съёмки:
  • Художники-декораторы:
    • М. Вахромцев
    • Т. Новикова
  • Редактор: М. Темякова
  • Музыкальный редактор: Л. Черницкая
  • Дирижёр: Сергей Скрипка
  • Административная группа:
    • Ж. Бобылева
    • А. Васильков
    • А. Соколов
    • А. Тюпич
  • Директор: Вильгельм Ёркин

Расположение Солнца в галактике

Несмотря на свои огромные размеры относительно нашей планеты (да и других планет) в галактических масштабах Солнце далеко не самая большая звезда, а очень даже маленькая, есть звезды куда больше Солнца. Поэтому астрономы относят наше светило к классу желтых карликов.

Что же касается расположения Солнца в галактике (как впрочем, и всей нашей солнечной системы), то оно находится в галактике Млечный путь, ближе к краю рукава Ориона. Удаленность от центра галактики составляет 7.5-8.5 тысяч парсеков. Говоря простым языком, мы с вами не то, чтобы находимся на задворках галактики, но и от центра мы тоже сравнительно далеко – такой себе «спальный галактический район», не на окраине, но и не в центре.

Вот так выглядит расположение Солнца на галактической карте.

Виды солнечного ветра

Звездный ветер характеризуется непостоянством. Из-за бурных процессов, происходящих в звездных недрах, он меняет скорость и мощность. Выделяются потоки:

  • спокойные и медленные;
  • спокойные и быстрые;
  • возмущенные.

Быстрый солнечный ветер

Может вытекать из короны в течение нескольких месяцев, достигает скорости 600 – 800 км/с. Образуется при появлении корональной дыры – участка в поверхностном слое Солнца, отличающегося более низкими показателями температуры и плотности вещества.

Медленный солнечный ветер

Исходит из спокойных экваториальных областей коронального слоя, имеет скорость 300 – 500 км/с. Достигает Земли минимум за несколько часов, максимум за 3 суток. Он плотнее быстрого, именно его воздействию кометы обязаны появлением горящего хвоста.

Возмущенные потоки

Представляют собой кратковременные, отличающиеся неоднородностью и структурной сложностью выплески, вызывающие возмущения магнитосферы Земли. То есть это резкие выбросы коронального вещества, перед которыми идет ударная волна, провоцирующая отклонение планетарного магнитного поля.

В процессе корональный слой выбрасывает огромную протонно-электронную массу, включающую ядра гелия и кислорода, небольшой процент тяжелых элементов. Эта масса несется в космическом пространстве с огромной скоростью, поскольку весь энергетический импульс затрачивается на ускорение. Иногда возмущенные потоки фиксируются перед быстрым излучением из корональной дыры.

Для Солнечной системы излучаемый Солнцем ветер является надежной защитой от губительных межзвездных газов. Ветровой поток формирует гелиосферу – защитную газовую оболочку, которую не может преодолеть космическое излучение. На нашей планете под воздействием излучения образовались магнитосфера и радиационные пояса, появляются северные сияния.

Направление ветра

Направление ветра зависит преимущественно от разницы атмосферного давления и вращения Земли. Замечено, что на полюсах планеты преобладают восточные ветры. В умеренном поясе обоих полушарий ветры дуют в западном направлении.

В области тропического пояса наблюдаются воздушные потоки восточного направления. Также есть большие зоны, в которых ветер движется по вертикали, соблюдая правило низкого и высокого атмосферного давления. Это субтропические и приполярные пояса.

Роза ветров

В климатологии и метеорологии существует понятие розы ветров. Это диаграмма векторного типа, которая отображает режим ветра в заданной местности, основанный на продолжительном наблюдении.

Роза ветров представляет собой многоугольник, лучи которого расходятся от центральной части диаграммы. По длине каждого луча можно судить, насколько часто ветер дует в определенном направлении. Эту информацию учитывают при строительстве объектов инфраструктуры (дорог, посадочных полос и т.д.) и во многих других отраслях.

Интересный факт: настоящая роза ветров обязательно имеет разные лучи. Если на изображении все лучи распределены равномерно, это просто графическое отображение сторон света.
Графическое отображение сторон света

Литература и документация

Где стихает солнечный ветер?

Точного ответа не знает пока никто. До окрестностей Земли частицы летят, набирая скорость. Потом она постепенно падает, но, похоже, ветер достигает самых дальних уголков Солнечной системы. Где-то там он ослабевает и тормозится разрежённым межзвездным веществом.

Пока что астрономы не могут точно сказать, насколько далеко это происходит. Для ответа нужно ловить частицы, улетая всё дальше от Солнца, пока они не перестанут попадаться. Кстати, тот предел, где это произойдёт, как раз и можно считать границей Солнечной системы.

Ловушками для солнечного ветра оборудованы космические аппараты, которые периодически запускают с нашей планеты. В 2020 году потоки солнечного ветра удалось заснять на видео. Кто знает, не станет ли он таким же привычным «персонажем» сводок погоды, как наш давний знакомый – ветер земной?

Тепло ветра

Почему корона так сильно нагрета (ее температура вблизи Солнца порядка миллиона градусов)? Мы знаем, что температура солнечной фотосферы составляет около 6 тысяч градусов и, казалось бы, что находящаяся за пределами фотосферы корона должна быть холоднее. Однако уже примерно 15 лет назад Мартин Швардшильд из Принстонского университета и Бирманн дали новое, теперь общепринятое объяснение парадокса высокой температуры короны. Корона так сильно разрежена, что требуется очень малое количество тепла для ее нагревания. Шварцшильд и Бирманн предположили, что турбулентное движение газа у поверхности Солнца генерирует низкочастотные волны, что и обеспечивает достаточную энергию для нагревания короны до миллиона градусов. Это явление в какой-то мере подобно добыванию огня трением. Ведь путем трения двух кусков дерева друг о друга можно получить температуру, достаточную для возникновения огня,— в несколько сотен градусов, хотя температура тела человека, который это делает, составляет всего 37°С.

Наши теоретические вычисления не могли дать точных значений скорости и плотности солнечного ветра, так как для этого нужно совершенно точно знать то, о чем мы пока имели только грубое представление, — температуру и плотность короны вблизи Солнца. Но если принять, что температура у основания короны равна миллиону градусов, то мы можем получить следующую приблизительную картину возникновения и развития солнечного ветра. У основания короны газ почти стационарен (в космическом представлении), он движется от солнечной поверхности со скоростью, составляющей только несколько сотен метров в секунду. Так как газ все же «уходит» от поверхности Солнца, освобождаемое им пространство заполняется новыми порциями газа, образующегося из фотосферы. Поток газа короны увеличивает свою скорость постепенно: для покрытия расстояния в миллион километров требуется примерно пять дней. После этого поток газа движется уже со скоростью до сотен километров в секунду и примерно за четыре дня может пройти 93 миллиона миль.

Газ, который мы видим у основания короны в воскресенье, доходит до нас примерно во вторник на следующей неделе. Двумя неделями позже этот газ достигает Юпитера.

Продолжение следует.

P. S. О чем еще говорят британские ученые: о том, что изучение солнечного ветра для людей, увлеченных астрономией на самом деле не менее захватывающее, нежели, скажем, курсы mba в Москве, для людей не мыслящих себя без бизнеса и финансов.

Феномены, порождаемые солнечным ветром

Благодаря высокой проводимости плазмы солнечного ветра магнитное поле Солнца оказывается вмороженным в истекающие потоки ветра и наблюдается в межпланетной среде в виде межпланетного магнитного поля.

Солнечный ветер образует границу гелиосферы, благодаря чему препятствует проникновению межзвёздного газа в Солнечную систему. Магнитное поле солнечного ветра значительно ослабляет приходящие извне галактические космические лучи. Локальное повышение межпланетного магнитного поля приводит к краткосрочным понижениям космических лучей, Форбуш-понижениям, а крупномасштабные уменьшения поля приводят к их долгосрочным возрастаниям. Так в 2009 году, в период затянувшегося минимума солнечной активности, интенсивность излучения вблизи Земли выросла на 19 % относительно всех наблюдаемых ранее максимумов.

Солнечный ветер порождает на планетах Солнечной системы, обладающих магнитным полем, такие явления, как магнитосфера, полярные сияния и радиационные пояса планет.

Свойства солнечного ветра

Из-за солнечного ветра Солнце теряет ежесекундно около одного миллиона тонн вещества. Солнечный ветер состоит в основном из электронов, протонов и ядер гелия (альфа-частиц); ядра других элементов и неионизированных частиц (электрически нейтральных) содержатся в очень незначительном количестве.

Хотя солнечный ветер исходит из внешнего слоя Солнца, он не отражает состава элементов в этом слое, так как в результате процессов дифференциации содержание некоторых элементов увеличивается, а некоторых — уменьшается (FIP-эффект).

Интенсивность солнечного ветра зависит от изменений солнечной активности и его источников. Многолетние наблюдения на орбите Земли (около 150 млн км от Солнца) показали, что солнечный ветер структурирован и обычно делится на спокойный и возмущенный (спорадический и рекуррентный). Спокойные потоки, в зависимости от скорости, делятся на два класса: медленные (примерно 300—500 км/с около орбиты Земли) и быстрые (500—800 км/с около орбиты Земли).
Иногда к стационарному ветру относят область гелиосферного токового слоя, который разделяет области различной полярности межпланетного магнитного поля, и по своим свойствам близок к медленному ветру.

Параметры солнечного ветра
Параметр Средняя величина Медленный солнечный ветер Быстрый солнечный ветер
Плотность n, см−3 8,8 11,9 3,9
Скорость V, км/с 468 327 702
nV, см−2·с−1 3,8·108 3,9·108 2,7·108
Темп. протонов Tp, К 7·104 3,4·104 2,3·105
Темп. электронов Te, К 1,4·105 1,3·105 1,0·105
Te / Tp 1,9 4,4 0,45

Медленный солнечный ветер

Медленный солнечный ветер порождается «спокойной» частью солнечной короны (областью корональных стримеров) при её газодинамическом расширении: при температуре короны около 2·106 К корона не может находиться в условиях гидростатического равновесия, и это расширение при имеющихся граничных условиях должно приводить к разгону коронального вещества до сверхзвуковых скоростей. Нагрев солнечной короны до таких температур происходит вследствие конвективной природы теплопереноса в фотосфере Солнца: развитие конвективной турбулентности в плазме сопровождается генерацией интенсивных магнитозвуковых волн; в свою очередь при распространении в направлении уменьшения плотности солнечной атмосферы звуковые волны трансформируются в ударные; ударные волны эффективно поглощаются веществом короны и разогревают её до температуры (1—3)·106 К.

Быстрый солнечный ветер

Потоки рекуррентного быстрого солнечного ветра испускаются Солнцем в течение нескольких месяцев и имеют период повторяемости при наблюдениях с Земли в 27 суток (период вращения Солнца). Эти потоки ассоциированы с корональными дырами — областями короны с относительно низкой температурой (примерно 0,8·106 К), пониженной плотностью плазмы (всего четверть плотности спокойных областей короны) и радиальным по отношению к Солнцу магнитным полем.

Возмущённые потоки

К возмущённым потокам относят межпланетное проявление корональных выбросов массы (КВМ), а также области сжатия перед быстрыми КВМ и перед быстрыми потоками из корональных дыр. Почти в половине случаев наблюдений таких областей сжатия впереди них имеется межпланетная ударная волна. Именно в возмущённых потоках солнечного ветра межпланетное магнитное поле может отклоняться от плоскости эклиптики и содержать южную компоненту поля, которая приводит ко многим явлениям космической погоды (геомагнитной активности, включая магнитные бури). Ранее предполагалось, что возмущённые спорадические потоки вызываются солнечными вспышками, однако в настоящее время считается, что спорадические потоки в солнечном ветре обусловлены корональными выбросами. Вместе с тем следует отметить, что и солнечные вспышки, и корональные выбросы связаны с одними и теми же источниками энергии на Солнце и между ними существует статистическая зависимость.

По времени наблюдения различных крупномасштабных типов солнечного ветра быстрые и медленные потоки составляют около 53 %: гелиосферный токовый слой 6 %, КВМ — 22 %, области сжатия перед быстрыми КВМ — 9 %, области сжатия перед быстрыми потоками из корональных дыр — 10 %, и соотношение между временем наблюдения различных типов сильно изменяется в цикле солнечной активности.

Какие ветры вызывают образование различных течений?

Морские течения – это мощные потоки воды, которые движутся постоянно либо возникают периодически в морях и океанах. Течения возникают по разным причинам, одной из которых является ветер.

Вызванные ветром, течения делятся на два типа:

  1. Дрейфовые – образуются только под действием ветра.
  2. Ветровые (комбинированные) – возникают не только из-за силы ветра, а в совокупности с разной плотностью воды, наклоном уровня моря.

Направление течения зависит от того, в какую сторону движется поток воздуха. Ветровые течения всегда только поверхностные. Наиболее сильными среди них считаются течение Западных Ветров, протяженность которого составляет около 30 000 км, а также Южное Пассатное течения.

Ветровые течения
Интересный факт: течение Западных ветров или антарктическое циркумполярное – это единственный водный поток, который проходит через все меридианы.

Таким образом, морские течения вызывают муссоны, пассаты и западные ветры.

Ядро

Ядро Солнца — это область, которая простирается от центра до 20-25% радиуса светила. Именно здесь, в ядре, производится энергия, порождаемая преобразованием атомов водорода (H) в молекулы гелия (He). Это возможно благодаря огромному давлению и высокой температуре, присущим ядру, которые, по оценкам, эквивалентны 250 миллиардам атмосфер (25,33 триллиона кПа) и 15,7 миллионам градусов по Цельсию, соответственно.

Конечным результатом является слияние четырех протонов (молекул водорода) в одну альфа-частицу — два протона и два нейтрона, связанных между собой в частицу, идентичной ядру гелия. В этом процессе высвобождается два позитрона, а также два нейтрино (что меняет два протона на нейтроны) и энергия.

Ядро — единственная часть Солнца, которая производит значительное количество тепла в процессе синтеза. По сути, 99% энергии, произведенной Солнцем, содержится в пределах 24% радиуса Солнца. К 30% радиуса синтез почти целиком прекращается. Остаток Солнца подогревается энергией, которая передается из ядра через последовательные слои, в конечном счете достигая солнечной фотосферы и утекая в космос в виде солнечного света или кинетической энергии частиц.

Солнце высвобождает энергию, преобразуя массу в энергию со скоростью 4,26 миллиона метрических тонн в секунду, что эквивалентно 38,460 септиллионам ватт в секунду. Чтобы вам было понятнее, это эквивалентно взрывам 1 820 000 000 «царь-бомб» — самой мощной термоядерной бомбы в истории человечества.

Влияние Солнца на Землю

Солнце — главный, хотя и не единственный, двигатель происходящих на земле процессов. Оно освещает и согревает нашу планету, без чего была бы невозможна жизнь на Земле не только человека, но даже микроорганизмов. Оно посылает на Землю электромагнитные волны всевозможной длины — от многокилометровых радиоволн до чрезвычайно коротковолновых гамма-лучей.

Только очень малая часть заряженных частиц из межпланетного пространства попадает в атмосферу Земли, все остальные отклоняет или задерживает ее геомагнитное поле. Но энергии этих частиц достаточно для того, чтобы вызвать полярные сияния и возмущения магнитного поля нашей планеты.

Полярные огни над Шпицбергеном

Окрестностей Земли достигают заряженные частицы разной энергии — как высокой (солнечные космические лучи), так и низкой и средней (потоки солнечного ветра, выбросы от вспышек). Наконец, Солнце испускает мощный поток элементарных частиц — нейтрино. Однако их воздействие на земные процессы пренебрежимо мало: для этих частиц земной шар прозрачен, так что они свободно пролетают сквозь него.

Солнечные космические лучи в основном состоят из протонов, ядер атомов гелия и электронов с энергией 106 –109 электронвольт (эВ). Наиболее энергичные из этих частиц преодолевают расстояние от Солнца до Земли, равное 150 млн км, всего за 10–15 мин. Основным источником солнечных космических лучей служат хромосферные вспышки.

Как и рентгеновское излучение, солнечные космические лучи не доходят до поверхности Земли, но могут ионизовать верхние слои ее атмосферы, что сказывается на устойчивости радиосвязи между отдаленными пунктами. Но действие частиц этим не ограничивается. Быстрые частицы вызывают сильные токи в земной атмосфере, приводят к возмущению магнитного поля нашей планеты и даже влияют на циркуляцию воздуха в атмосфере.

Наиболее ярким и впечатляющим проявлением бомбардировки атмосферы солнечными частицами являются полярные сияния. Это свечение в верхних слоях атмосферы, имеющее либо размытые (диффузные) формы, либо вид корон или занавесей (драпри), состоящих из многочисленных отдельных лучей. Сияния обычно бывают красного или зеленого цвета: именно так светятся основные составляющие атмосферы — кислород и азот — при облучении их энергичными частицами. Зрелище бесшумно возникающих красных и зеленых полос и лучей, беззвучная игра цветов, медленное или почти мгновенное угасание колеблющихся занавесей оставляют незабываемое впечатление.

Подобные явления лучше всего видны вдоль овала полярных сияний, расположенного между 10° и 20° широты от магнитных полюсов. В период максимумов солнечной активности сияния можно наблюдать в более низких широтах. Частота и интенсивность полярных сияний достаточно четко следуют солнечному циклу: в максимуме солнечной активности редкий день обходится без сияний, а в минимуме они могут отсутствовать месяцами. Наличие или отсутствие полярных сияний, таким образом, служит неплохим показателем активности Солнца.

Ловящие ветер

Первые образцы солнечного ветра доставили на Землю с Луны аппараты Apollo. Верный спутник нашей планеты, не имеющий ни атмосферы, ни магнитного поля и вследствие этого не способный защитить себя от солнечного ветра, оказался очень подходящим местом для сбора его образцов. В направлении Солнца экипажами Apollo были развернуты на шесте листы алюминиевой фольги. Они экспонировались на Солнце, поглощая частицы солнечного ветра. Полученные в ходе эксперимента образцы были доставлены на Землю для точного лабораторного анализа. Так впервые произошло прямое определение состава солнечного вещества. После получения точных отношений числа атомов водорода к числу атомов гелия выяснилось, что и солнечный ветер, и солнечная корона имеют дефицит гелия по сравнению с его обилием в космическом пространстве. Были также измерены изотопы легких благородных газов, таких как гелий, неон и аргон. А в конце 60-х годов прошлого столетия спутник Vela обнаружил в солнечном ветре кислород, углерод, неон, кремний и железо.

В наши дни «в погоню» за солнечной материей отправился аппарат Genesis. Его траектория была выбрана таким образом, чтобы корабль и его научные инструменты находились на достаточном удалении от геомагнитного поля Земли, что позволит собрать частицы солнечного ветра до их взаимодействия с магнитным полем нашей планеты. Целых два года из запланированных трех Genesis будет собирать солнечную материю. Самое большое значение в его работе придается исследованию изотопов кислорода, который, после водорода и гелия, является в Солнечной системе самым распространенным элементом. Всего же Genesis соберет от 10 до 20 мкг элементов солнечного ветра а это вес нескольких крупинок соли, представляющих интерес для ученых. Капсула с пробами вещества отделится от космического аппарата в 2004 году и будет доставлена на Землю для высокоточных измерений его химического и изотопного составов. Каталогизированные пробы, которые предполагается хранить в сверхчистых условиях, будут доступны для исследования учеными всего мирового сообщества. Возможно, что частицы солнечного ветра смогут приблизить человечество и к решению загадки зарождения жизни, ведь согласно предположению некоторых астрофизиков частицы космической пыли, окружающие нашу планету, после воздействия на них солнечного ветра могут превращаться в органические «кирпичики жизни», способные проникать сквозь земную атмосферу, не сгорая в ней. И хотя окончательно влияние солнечного ветра на возникновение жизни не доказано, ни у кого не вызывает сомнения тот факт, что все живое на Земле зависит от Солнца.

Людмила Князева

Оцените статью
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Илья Коршунов
Наш эксперт
Написано статей
134
Добавить комментарий