понедельник, 1 июня 2015 г.

Звезда по имени СОЛНЦЕ

..... через час уже просто земля,
через два на ней цветы и трава,
         через три она снова жива
      И согрета лучами Звезды
             по имени Солнце.
 В.Цой




Сегодня переходим к более подробному рассмотрению объектов нашей планетной системы. И начнём с нашей звезды, без которой бы, скорее всего  нас и не существовало. Да - это Солнце.
В чём для нас  уникальность Солнца. В том, что это единственная звезда находящаяся от нас относительно близко и находится в зоне  досягаемости для прямых научных исследований. Но для Вселенной, это всего лишь звезда. Желтый карлик.
Солнце изучается довольно активно. Проектов по изучению Солнца существует множество. За активностью нашей Звезды ведутся постоянные наблюдения.


Рассмотрим более детально характеристики Солнца.
  • Расстояние до Солнца - 149,6 млн.км. Что принято считать 1 а.е. Расстояние от Солнца свет проходит за 8,31 минут.
  • Масса Солнца 1,989×10³°кг, что соответствует 333 000 масс Земли.
  • Радиус Солнца 695 990 км это в 109 раз больше радиуса Земли. Скорость вращения вокруг оси различна на экваторе и полюсах, составляет 25 и 30 суток соответственно.
  • Температура поверхности Солнца: 5770 К
  • Температура в центре Солнца: 15 600 000 К
  • Солнце состоит в основном из водорода и гелия.
  • Плотность плазмы Солнца растёт от поверхности (2.07  ·  10-7г/см3, это меньше плотности воздуха) к центру (150 г/см3, что в 8 раз больше плотности золота).
  • Возраст Солнца оценивают в  4.57 миллиардов лет




Переходим к внутреннему строению Солнца и его атмосфере (внешнее строение).

Условно внутреннее строение состоит из четырёх зон, в которых происходят различные физические процессы.

Центральная область - Ядро.

Здесь происходит ядерная реакция образования гелия из водорода. Эта реакция происходит при очень высокой температуре и составляет примерно 15 миллионов градусов. В результате этой реакции высвобождается колоссальная энергия передаваемая внешним слоям посредством излучения. Также образуются элементарные частицы - нейтрино. Эти частицы проходят сквозь все зоны Солнца, пронизывая межпланетное пространство. Нейтрино могут быть зарегистрированы даже на Земле.

Следующая зона - зона лучистого переноса, называемая просто, лучистая зона.

Поскольку перенос энергии происходит благодаря излучению, отсюда и такое название этой зоны. Фотоны, получаемые в Ядре движутся в лучистой зоне со скоростью света и сталкиваются с частицами плазмы, в результате происходит процесс многократного переизлучения. В следствии чего фотон покидает лучистую зону через примерно миллион лет.
Плотность плазмы от начала зоны к внешней границе заметно падает, а температура уменьшается с 7 млн. градусов до 2 млн.

Далее идёт тонкий пограничный слой - тахоклин.

Эта граница раздела, возможно играет важную роль в создании магнитного поля Солнца. Предполагается, что именно здесь потоки плазмы вытягивают силовые линии, что способствует увеличению напряженности магнитного поля. А также, исследователи Солнца, полагают, что в этой зоне происходит резкое изменение химического состава плазмы.
  
И последняя зона в условном строении Солнца - конвективная зона.

Этот внешний слой начинается на глубине примерно 200 000 км и достигает солнечной поверхности. Название  этой зоны происходит от названия процесса, происходящего в этом слое. А именно, конвекция - процесс, так называемого "кипения". Он происходит за счёт нагрева вещества в нижней области зоны. Нагрев возникает из-за поглощения излучения, поступающего из глубины Солнца. Тепло очень быстро переносится к поверхности Солнца, за счёт этих конвективных движений плазмы. При этом она охлаждается и расширяется. Температура плазмы падает с 2 000 000 до примерно 5 000 градусов на видимой поверхности Солнца. Видимые на поверхности Солнца "гранулы" и есть конвективные движения плазмы.


Атмосфера Солнца состоит из трёх слоёв с различными процессами - фотосфера, хромосфера, корона и переходного слоя, находящегося между хромосферой и короной Солнца.

Фотосфера - видимая поверхность Солнца.
Это относительно тонкий слой, который полностью поглощает излучение, исходящее из солнечного ядра. На фотосфере можно наблюдать множество интересных объектов - солнечные пятна, фотосферные факелы, гранулы. Из-за эффекта потемнения фотосферы к краю, Солнце по краям видится более тёмным, чем в центре. Эффект объясняется тем, что излучение в центре диска фотосферы исходит из глубоких, горячих слоёв, а по краям мы смотрим по касательной и уже не видим глубоких слоёв.

Хромосфера  - слой, расположенный над фотосферой.
В этом не однородном слое температура растёт с увеличением высоты от 6 тыс.градусов до 20 тыс. В хромосфере наблюдаются протуберанцы - области плотной холодной плазмы, проникающие высоко в корону и видимые над солнечным лимбом.
Верхняя хромосфера Солнца и протуберанцы, сфотографировано в линии Hell 304A

Переходный слой - достаточно тонкий слой атмосферы Солнца.
В этой области происходит повышение температуры от 20 000 градусов (нижний слой) до 1 млн градусов (верхний слой).
Учёные считают, что большая часть ультрафиолетового излучения Солнца возникает в этой области.

Корона Солнца -  внешняя область солнечной атмосферы.
Эту область можно наблюдать с Земли и видна она во время затмения Солнца. Выглядит как лучистый ореол, вокруг солнечного диска. Этот слой атмосферы Солнца, один из протяженных и содержит свои особенности, такие как - корональные дыры, стримеры (корональные лучи), петли, протуберанцы. Форма солнечной Короны, как и размер и структура её составляющих меняется с солнечным циклом.
Снимок короны Солнца, полученный прибором EIT  в линии FelX/X 171A

Стоит отметить, что Корона Солнца является источником солнечного ветра. Этот поток ионизованных частиц (плазма) исходит из Солнца со скоростью в среднем 400 км в сек. Но наблюдения  указывают также на то, что существует спокойный солнечный ветер - постоянный поток солнечной плазмы, заполняющий межзвёздное пространство до гелиосферы,  а также квазистационарные высокоскоростные потоки (скорость до 800 км в сек), механизмы  возникновения  которых, до конца не изучены. Поскольку Солнце вращается то эти потоки взаимодействуют  и пересекаются с Землёй, а это в свою очередь вызывает негативное действие на магнитное поле Земли, вызывая магнитные бури.
И ролик об активности Солнца, созданный по результатам работ обсерватории НАСА по изучению Солнца




Заканчивая обзор по солнечному строению не стоит забывать о последней области, относящейся к Солнцу. Это - гелиосфера. Область околосолнечного пространства, пронизанного магнитными полями и в которой наблюдается солнечный ветер, движущийся  со сверхзвуковой скоростью. Принято считать, что  всё вещество внутри гелиосферы солнечного происхождения, хотя не исключается проникновение  нейтральных атомов межзвёздной среды.
Форма гелиосферы  напоминает форму вытянутого пузыря. Это частично подтвердили данные со спутников Вояджер 1 и Вояджер 2.  Гелиопаузой называют внешнюю поверхность гелиосферы, где происходит взаимодействие межзвёздной среды и солнечного ветра. В этой области возникает ударная волна, поскольку скорость потоков плазмы резко замедляется при этом взаимодействии с газом межзвёздной среды. Точная протяженность гелиосферы до сих пор ещё не ясна. Хоть и по некоторым данным со спутников Вояджер, утверждалось, что они покинули солнечную систему и вышли в межзвёздное пространство. Но по последним данным, которые заставляют астрофизиков пересматривать устоявшиеся представления о строении гелиосферы, спутники вошли в не изученную и не предсказанную ранее область, и не достигли ещё гелиопаузы.
Но о миссии "Вояджер" и о последних данных, поступившей с этих аппаратов мы поговорим в другой статье.

На этом и закончим обзор нашей Звезды. Хотя загадок и удивлений нам наша близкая звезда ещё преподнесёт множество.