Что такое солнце состояние

Что такое Солнце — описание, структура, образование, эволюция, орбита, исследование и факты

Солнце является основным источником энергии для Земли и всей Солнечной системы. Без него жизнь на нашей планете была бы невозможна. Неслучайно у многих древнейших цивилизаций (например, у египтян) именно бог Солнца считался верховным божеством, которому все остальные Боги были подчинены. Однако современная наука может рассказать о нашем светиле значительно больше, чем древнеегипетские мифы. Какие процессы протекают внутри Солнца, какова история этой звезды, и какое будущее ожидает ее через миллиарды лет?

Общая характеристика

Солнце – это огромный разогретый шар из газа, чей диаметр оценивается в 1,392 млн км. Это в 109 раз больше диаметра нашей планеты. На звезду приходится 99,87% всей массы Солнечной системы.

С Земли кажется, что светило имеет желтый цвет, однако это иллюзия, связанная с влиянием атмосферы нашей планеты на солнечный свет. На самом деле Солнце излучает почти белый свет.

Солнце – это одна из сотен миллиардов звезд галактики Млечный путь. Ближайшая к Солнцу звезда – это Проксима Центавра, находящаяся от неё на расстоянии 4,24 световых лет. Для сравнения – расстояние от Земли до Солнца, принимаемое за астрономическую единицу (а.е.), солнечный свет проходит всего за 8,32 минут.

По астрономической классификации Солнце относится к типу «желтых карликов». Это значит, что оно не так и велико по сравнению с размерами других звезд, но довольно ярко светит. Наше светило входит 15% самых ярких звезд Млечного Пути. Вместе с тем в галактике есть звезды, чей радиус превышает солнечный в 2000 раз!

Источником тепла, излучаемого звездой, являются термоядерные реакции. В центре Солнца атомы водорода сливаются друг с другом, в результате чего образуется атом гелия и некоторое количество энергии. Это реакция называется протон-протонным циклом, на него приходится порядка 98% энергии, вырабатываемой светилом. Однако имеют место и иные реакции, в ходе которых «сгорают» такие элементы, как гелий, углерод, кислород, неон и кремний, а образуются металлы (железо, магний, кальций, никель) и другие элементы (сера). Все эти процессы называют звездным нуклеосинтезом.

Влияние Солнца на окружающие небесные тела огромно. Солнечный ветер (частицы вещества, излучаемого звездой), доминируют в межпланетном пространстве на расстоянии до 100-150 а.е. от светила. Считается, что гравитация нашей звезды определяет орбиты тел, находящихся даже на расстоянии светового года от неё (в облаке Оорта).

Само Солнце также вращается вокруг своей оси. Так как оно состоит из газов, то разные его слои вращаются с разной угловой скоростью. Если в районе экватора период обращения составляет 25 дней, то на полюсах он увеличивается до 34 дней. Более того, последние исследования показывают, что внутренние области совершают оборот значительно быстрее, чем внешняя оболочка.

Таблица «Основные физические характеристики Солнца»

Состав Солнца

Основными элементами, из которых состоит наша звезда, являются водород (73,5% солнечной) и гелий (24,9%). На все остальные элементы приходится примерно 1,5%.

Химический состав светила непостоянен – он меняется из-за превращений, происходящих во время термоядерных реакций. На заре своего существования Солнце почти полностью состояло из водорода. В ходе термоядерных реакций этот элемент превращается в гелий, поэтому его массовая доля падает. Гелий также превращается в более тяжелые элементы, однако, однако в целом его доля возрастает. Изменения химического состава звезд оказывают огромное влияние на процессы их эволюции.

Строение Солнца

Конечно, у Солнца, состоящего из газов, нет привычной нам твердой поверхности. Значительную ее часть составляет атмосфера, которая по мере движения к центру светила уплотняется. Тем не менее принято выделять 6 «слоев», из которых состоит звезда. Три из них являются внутренними, а следующие три образуют солнечную атмосферу.

Внутреннее строение Солнца

Внутренняя структура нашей звезды включает следующие слои:

В центре светила располагается ядро. Именно в этой области идут термоядерные реакции. Радиус ядра оценивается в 150 тыс. км. Температура здесь не опускается ниже 13,5 млн градусов, а давление доходит до 200 млрд атм. Из-за этого вещество здесь находится в крайне плотном состоянии. Его плотность составляет 150 г/куб. см. Это в 7,5 раз выше плотности золота. Именно такие условия необходимы для протекания термоядерных реакций. Надо понимать, что именно в ядре вырабатывается энергия, которую и излучает Солнце. Все остальные области звезды лишь обогреваются ядром, но сами ее не вырабатывают.

Зона лучистого переноса

Над ядром располагается зона радиации, которую также именуют зоной лучистого переноса. Ее внешняя граница проходит по сфере радиусом 490 тыс. км. Температура постепенно падает от отметки в 7 млн градусов на границе с ядром до 2 млн градусов у внешней границы. Также и плотность вещества снижается с 20 до 0,2 г/куб. см. Тем не менее из-за высокой плотности атомы водорода не могут двигаться. То есть если при нагреве, например, воды ее теплые слои поднимаются на поверхность, перенося туда тепло, то здесь такой механизм не работает – вещество остается неподвижным. Единственный способ энергии пробраться через зону радиации – это длительная цепочка поглощений и излучений фотонов атомами водорода. Из-за этого фотон, возникший при термоядерной реакции в ядре, в среднем «пробирается» наружу через зону радиации примерно 170 тыс. лет!

Зона конвективного переноса

Выше располагается зона конвективного переноса толщиной 200 тыс. км. Здесь плотность уже невысока, и вещество активно перемешивается – нагретые газы поднимаются наверх, отдают тепло, остывают и снова погружаются вниз. Скорость газовых потоков может достигать 6 км/с. Именно это движение порождает магнитное поле Солнца. Температура на поверхности падает до 6000° С, а плотность на три порядка ниже плотности земной атмосферы.

Атмосфера

Атмосфера Солнца состоит из следующих слоев:

Фотосфера

Нижний слой атмосферы называют фотосферой. Именно она излучает тот свет, который согревает планеты Солнечной системы. Толщина фотосферы колеблется от 100 до 400 км. На внешней границе фотосферы температура падает до 4700° С.

Хромосфера

Над фотосферой располагается хромосфера – слой толщиной около 2000 км. Её яркость очень мала, поэтому с Земли её можно наблюдать довольно сложно. Удобнее всего это делать во время солнечных затмений. Она имеет специфический красный оттенок. В хромосфере можно наблюдать спикулы – столбы плазмы, выбрасываемые из нижних слоев хромосферы. Время существования одной спикулы не превышает 10 минут, а длина доходит до 20 тыс. км. Одновременно в хромосфере находится около миллиона спикул. Интересно, что с увеличением высоты температура хромосферы не падает, а растет, и на верхней границе может доходить до 20 000° С.

Корона

Верхний слой атмосферы называется короной. Ее верхняя граница до сих пор четко не определена. Вещество в ней крайне разрежено, однако температура в ней может достигать нескольких миллионов градусов. На сегодня ученым не удалось полностью объяснить, за счет каких механизмов солнечная корона разогревается до такой температуры. В короне можно наблюдать протуберанцы – выбросы солнечного вещества, чья высота над поверхностью звезды может достигать 1,7 млн км.

Магнитное поле Солнца

У Солнца есть магнитное поле. Исследователи выделяют глобальное поле звезды и множество локальных полей.

Глобальное поле обладает цикличностью. Его напряженность колеблется с частотой 11 лет, при этом наблюдаются изменения в частоте появления солнечных пятен. Такой цикл называют «циклом Швабе» по фамилии ученого, заметившего ещё в XIX веке, что количество солнечных пятен на поверхности светила меняется циклически. Лишь позже стала очевидна связь этого явления с процессами в зоне конвективного переноса и колебаниями магнитного поля. В начале XX века стало ясно, что за один цикл Швабе полярность магнитного поля меняется на противоположное. То есть Солнцу нужна два 11-летних цикла, чтобы магнитное поле вернулось к начальному состоянию. В связи с этим выделяют 22-летний цикл, известный как «цикл Хейла».

В разных районах Солнца могут наблюдаться и малые, то есть локальные магнитные поля. Их напряженность может в тысячи раз превышать напряженность глобального поля, однако время их существования редко превышает несколько десятков дней. Особенно часто локальные поля наблюдаются в районе солнечных пятен. Дело в том, что эти пятна как раз и являются теми точками, через которые магнитные поля из внутренних областей выходят наружу.

Жизненный цикл Солнца

Возраст Солнца оценивается учеными в 4,5 млрд лет. Сформировалось оно из газопылевого облака, которое постепенно сжималось под действием собственной гравитации. Из этого же облака возникли планеты и почти все остальные объекты в Солнечной системе. Когда в центре сжимающегося облака плотность, а вместе с ней температура и давление выросли до критических значений, началась термоядерная реакция – так зажглось Солнце.

В ходе термоядерных реакций масса Солнца постепенно уменьшается. Каждую секунду 4 млн тон солнечного вещества преобразуется в энергию. Вместе с тем звезда разогревается. Каждый 1,1 млрд лет яркость Солнца увеличивается на 10%. Это значит, что ранее температура на Земле была значительно ниже, чем сейчас, а на Венере, возможно, была жидкая вода или даже жизнь (сейчас средняя температура на поверхности Венеры составляет 464° С). В будущем же яркость Солнца будет возрастать, что будет вести к росту температуры на Земле. Через 3,5 млрд лет яркость светила вырастет на 40%, и условия на Земле станут такими же, как и на Венере. С другой стороны, Марс также разогреется и станет более пригодным для жизни. Таким образом, в ходе эволюции звезды так называемая «зона обитаемости», постепенно удаляется от Солнца.

Постепенно из-за выгорания водорода ядро будет уменьшаться в размерах, а вся звезда в целом – увеличиваться. Через 6,4 млрд лет водород в ядре закончится, радиус звезды в этот момент будет больше современного в 1,59 раз. В течение 700 млн лет звезда расширится до 2,3 современных радиусов.

Далее рост температуры приведет к тому, что термоядерные реакции горения водорода запустятся уже не в ядре, а в оболочке звезды. Из-за этого она резко расширится, и ее внешние слои будут достигать современной земной орбиты. Однако к тому моменту светило потеряет значительную часть своей массы (28%), что позволит нашей планете перейти на более отдаленную орбиту. Солнце в этот период своей жизни, который продлится 10 млн лет, будет являться красным гигантом.

После из-за роста температуры в ядре до 100 млн градусов там начнется активная реакция горения гелия – «гелиевая вспышка». Радиус светила сократится до 10 современных радиусов. На выгорание гелия уйдет порядка 110 млн лет, после чего звезда снова расширится и станет красным гигантом, но эта стадия будет длиться уже 20 млн лет.

Из-за пульсаций, связанных с изменениями температуры Солнца, его внешние слои отделятся от ядра и образуют планетарную туманность. Само же ядро превратится в белый карлик – объект, чьи размеры будут сопоставимы размерами Земли, а масса будет равна половине современной солнечной массы. Далее этот карлик, состоящий из углерода и кислорода, будет постепенно остывать. Никаких термоядерных реакций в белом карлике идти не будет, поэтому со временем (за десятки млрд лет) он превратится в черный карлик – остывшую плотную массу вещества. На этом эволюция Солнца завершится.

Орбита и расположение Солнца в галактике Млечный путь

Солнце вместе со всей Солнечной системой вращается относительно центра Млечного пути, в котором располагается огромная черная дыра. Расстояние от нее до нашего светила составляет 26 тыс. св. лет. Один оборот Солнечная система совершает примерно за 225-250 млн лет. Скорость движения звезды относительно центра галактики составляет 225 км/с.

Исследование Солнца

Изначально люди относились к Солнцу как к божеству, дающему людям свет. Древние астрономы полагали, что наше светило – это лишь одна из планет, к которым также относили и Луну. Поэтому в честь него, как и в честь других планет, нередко называли дни недели. И сегодня в английском языке воскресенье носит название «Sunday», что переводится как «день Солнца». В 800 г. до н. э. китайцы впервые обнаружили на Солнце пятна.

Аристарх Самосский в III в. до н. э. первым предположил, что именно Земля вращается вокруг Солнца, а не наоборот. Но лишь во времена Коперника и Галилея эта теория была принята научным сообществом. Тогда же начались исследования Солнца с помощью телескопа. Галилей понял, что солнечные пятна – это часть светила. Изучая их, он понял, что звезда вращается вокруг своей оси, и даже смог определить период обращения.

В 1672 г. Д. Кассини смог достаточно точно рассчитать расстояние до светила. Для этого он определял положение Марса на небосводе в Париже и Кайенне (Южная Америка). Он получил значение в 140 млн км.

В XIX в. физики стали изучать спектр солнечного света. Этот метод позволял определить химический состав звезды. В 1868 г. было обнаружено, что в состав светила входит элемент, до того неизвестный человечеству. Его назвали гелием.

Большой загадкой для ученых оставалась природа энергии, излучаемой Солнцем. Выдвигались ошибочные версии, что звезда нагревается за счет падения на нее метеоритов или за счет гравитационного сжатия. Лишь с открытием ядерных реакций физики смогли предположить, что источник солнечного тепла – это термоядерный синтез.

Дальнейшее изучение Солнца связано с развитием космонавтики. С помощью советских аппаратов «Луна-1» и «Луна-2» в 1959 г. был открыт солнечный ветер.

Интересные факты о Солнце

Для любого объекта, излучающего тепло, можно посчитать отношение мощности к его объему. Оказывается, что удельная мощность Солнца примерно в тысячу раз меньше, чем удельная мощность человеческого организма! Это означает, что огромный объем выделяемого светилом тепла в первую очередь объясняется его гигантскими размерами.

Периодически всплески солнечной активности приводят к геомагнитным бурям. Мощнейшая из них произошла в 1859 г. В результате на Земле перестала работать телеграфная связь, а северное сияние наблюдалось даже над Кубой.

Сейчас общепризнанна теория, что Солнце образовалось из газопылевого облака. Однако откуда появилось само облако? Ученые предполагают, что оно является остатком предыдущих звезд. Химический анализ показывает, что Солнце является звездой уже третьего поколения. Это значит, что вещество, из которого состоит светило, ранее входило в состав двух других звезд, уже прекративших существование.

Хотя большинство планет вращаются вокруг Солнца в плоскости эклиптики, экватор самой звезды не совпадает с этой плоскостью, а наклонен на 7°. Эту аномалию до сих пор не удалось объяснить. Возможно, причиной этого является существование ещё одной планеты в Солнечной системе, чья орбита лежит не в плоскости эклиптики, а под углом к ней. Ряд наблюдений подтверждает существование Девятой планеты, но пока что говорить об ее открытии преждевременно.

Видео

Список использованных источников

Источник

Активность Солнца снижается — вместо глобального потепления нас может ожидать похолодание?

В последнее время в СМИ все чаще появляются новости, касающиеся глобального потепления климата. Уже сейчас изменения произошли настолько серьезные, что их можно заметить невооруженным глазом. Прием большинство ученых сходятся во мнении, что ситуация будет только усугубляться. К примеру, согласно некоторым расчетам, в Африке через 20 лет вовсе не останется ледников. Однако не все ученые согласны с тем, что нас ожидает потепление климата. Некоторые утверждают, что нас может ожидать существенное похолодание. Виной тому наше Солнце, активность которого последние десятилетия сильно снижается. Доказательством тому служит существенное снижение мощности магнитных бурь, в сравнении со второй половиной XX века. Кроме того, о снижении солнечной активности говорит уменьшение сила солнечного ветра, о чем сообщают ученые из Института космических исследований РАН.

Ученые зафиксировали снижения солнечной активности, что может привести к глобальному похолоданию

Что такое солнечная цикличность и в какой цикл мы вступаем

Наше Солнце, как и все остальное в Солнечной системе, непостоянно. В частности, непостоянной является солнечная активность. Периодические изменения в солнечной активности происходят примерно каждые 11 лет. Каждый такой период называется циклом Швабе.

В конце 2020 года начался 25-ый цикла Швабе. В начале каждого цикла, то есть первые четыре года, увеличивается количество пятен на солнце. Затем в оставшееся время цикла количество пятен уменьшается. Однако последние 20 лет, по словам астрономов, отмечается снижение активности Солнца. Данное явления называется «Гранд минимумом». Даже в самый пик каждого цикла Швабе активность нашей звезды была значительно ниже, чем ранее.

В период минимума Маундера в Англии замерзла река Темза

Почему так происходит? Мнения ученых разделились. Одни считают, что мы наблюдаем неглубокий, так называемый “вековой минимум”, или цикл “цикл Гляйсберга”, который может длиться от 70 до 100 лет. Другие предрекают наступление второго грандиозного минимума, аналогичного “минимуму Маундера”, который был зафиксирован в период с 1645 по 1715 года. Есть свидетельства тому, что в тот период в Англии замерзла Темза, а развлечением голландцев стало катание на коньках по замерзшим каналам.

Глобальное похолодание климата — какие есть основания

Ученые отмечают, что снижение солнечной активности влияет на “космическую погоду” на Земле. Как я уже сказал выше, магнитные бури в последние два десятилетия стали менее интенсивными. Кроме того, в несколько раз сократилось их количество. Ключевую роль в формировании космической погоды влияет солнечный ветер.

Солнечный ветер несет поток плазмы к Земле, который отражает магнитное поле планеты

Напомню, что солнечным ветром называется поток плазмы, вырывающийся из солнечной короны, который несется на огромной скорости к Земле, в результате чего достигает нашей атмосферы за 3-5 суток. Солнечный ветер включает в себя протоны, электроны и другие частицы.

Как сообщают авторы исследования, которое было опубликовано в журнале Journal of Geophysical Research: Space Physics, в последние два цикла Швабе солнечная активность снижалась. В сравнении с концом XX века поток массы и энергии в солнечном ветре снизился практически в полтора раза. Некоторые показатели, которые зависят от нагрева короны Солнца, снизились почти в два раза. Как отмечают в пресс-службе ИКИ РАН, показатели солнечного ветра упали “ниже плинтуса”.

В каждый последующий цикл Солнце становится менее активным, чем в предыдущий

Выражение “ниже плинтуса” является вполне научным термином, а не жаргоном. Минимальные значения параметров солнечного ветра в англоязычной литературе называют термином «floor», что в переводе означает “пол” либо “уровень пола”. В русском языке он звучит как “ниже плинтуса”. К примеру, «уровень плинтуса» межпланетного магнитного поля в XX веке составил 4,6 нТл.

В частности, исследователи отмечают уменьшение содержания ионов гелия. По их словам, изменения ионного состава говорит о том, что снижение активности связана не просто с уменьшением количества вспышек на Солнце, а изменением состояния короны. Конечно, делать какие-либо прогнозы относительно климата на Земле еще рано. Однако подобные периоды, как я сказал выше, уже случались в новейшей истории человечества. Они всегда сопровождались существенным похолоданием.

Подписывайтесь на наш Яндекс.Дзен-канал, на котором мы подготовили для вас еще больше интересной информации

Можно предположить, что на этот раз снижение активности Солнца не вызовет такого похолодания как раньше, но скомпенсирует глобальное потепление. Но, в любом случае нужно учитывать, что снижение активности нашего светила имеет временный характер, а глобальное потепление может быть необратимым. Напоследок напомню, что существует помимо глобального потепления на Земле периодически возникают ледниковые периоды, о чем мы рассказывали ранее.

Источник

Как устроено Солнце и когда погаснет. Вспышки, пятна и загадки

Астрономы иногда говорят, что звезда — самый простой объект во Вселенной. Что может быть примитивнее газового шара? Это не чёрные дыры и не загадочная тёмная энергия. Но в действительности ближайшая к нам звезда, Солнце, до сих пор хранит немало тайн. Светило существует одновременно и по законам космогонии, и по законам микромира. И те, и другие в наше время хорошо изучены, но это не мешает им конфликтовать между собой. С нашим светилом вообще связано немало загадок. И оно способно преподнести неприятные сюрпризы.

С чего начиналось?

Началось всё 4,6 миллиарда лет назад в «звёздной колыбели» — облаке газа размером 300 на 50 световых лет. Некогда этот газ входил в состав массивных звёзд, взорвавшихся как сверхновые. Потом газ остыл и гравитация преодолела внутреннее давление тучи, в результате чего газопылевая туманность начала распадаться на отдельные фрагменты, каждый из которых, закручиваясь, сжимался к собственному центру. Одному из этих клочьев предстояло стать Солнцем.

Молодые звёзды не имеют твёрдого ядра. На раннем этапе эволюции плотность светила ещё невелика и конвективная зона занимает весь объём

Сжимаясь, газ нагревается, но, поскольку часть энергии уносится излучением, дальнейшему уплотнению это не препятствует. Представляя собой приплюснутую сферу размером с орбиту Марса, протосолнце уже ярко светило. Правда, лишь в тепловом диапазоне. Сияние раскалённых внутренних областей ещё не пробивалось через тучи пыли. Чуть позже в центре диска вспух тусклый багровый шар. В недрах рождающейся звезды температура достигла миллиона кельвинов, и начались термоядерные реакции. Но только начались. Поначалу их интенсивность была невелика, и остановить сжатие они не могли.

Молодое Солнце было огромно — до современной орбиты Меркурия. Основным источником энергии оставалось гравитационное сжатие. Быстро «сдуваясь» и твердея, взрослеющее светило выбрасывало мощные потоки солнечного ветра, разгоняющего к границам системы невостребованные остатки газа.

Пекло

Описание звезды как шара, состоящего из сжатого, раскалённого, ионизированного газа, даёт ошибочное представление о внутренней структуре Солнца. Ничего подобного тому, что мы обычно понимаем под «газом», в недрах светила нет. Сердцевина звезды представляет собой твёрдое — даже сверхтвёрдое! — вещество, аналогов которому в мире планет не найти.

В «холодной» твёрдой материи молекулы сцеплены электронными оболочками. Солнечное же вещество — масса ядер водорода и гелия, распираемая изнутри кулоновской силой (отталкиванием одноимённых зарядов) и скреплённая лишь наружным давлением. Скреплённая так надёжно, что плотность вещества достигает 150 тонн на кубический метр. В результате частицы, набитые в тысячу раз плотнее, чем это дозволяется классической физикой, даже при температуре 14 миллионов градусов куда менее подвижны, чем молекулы в составе кристалла.

Обладая диаметром примерно в 1 миллион 400 тысяч километров, Солнце состоит преимущественно из водорода (73% массы и 92% объёма) и гелия. На все прочие элементы приходится только 1,5% массы. Солнце вращается вокруг центра Галактики с периодом 200 миллионов лет

Если бы звёздная материя могла существовать при нормальных давлении и температуре, мы наблюдали бы слиток необычного материала, похожего на те, из которых в фантастике изготовлены инопланетные артефакты. Очень тяжёлого — всемеро тяжелее такого же объёма золота — и непроницаемо чёрного, поглощающего даже излучения, для которых не станет преградой аналогичная толща свинца. На Земле не нашлось бы ни инструмента, способного его оцарапать, ни машин, которые смогли бы его деформировать.

Твёрдый водород, химически оставаясь неметаллом, приобретает многие свойства металла. В частности, отлично проводит электрический ток (ведь электроны не связаны с протонами). Но электропроводность — единственная слабость «чёрного водорода». Материал солнечных недр фактически не проводит тепло! Силы электростатического отталкивания прочно удерживают на своих местах частицы, не позволяя им обмениваться кинетической энергией «традиционным способом».

Единственный способ передачи энергии в «чёрном водороде» — эстафета фотонов. Квант, излучённый одним ядром, немедленно поглощается соседним, а затем переизлучается. Бесконечными «рикошетами» фотон пробивается к внешним слоям звезды со скоростью всего два километра в год. Лишь одна форма движения возможна в «чёрном водороде». Не выдерживая сжатия, материя звезды постепенно проседает, «складываясь в себя». Четыре ядра водорода сливаются в занимающее значительно меньший объём ядро гелия. Это и есть реакция термоядерного синтеза.

Структура Солнца (Kelvinsong / Wikimedia Commons)

Твёрдая сердцевина занимает половину объёма Солнца и условно делится на две не имеющие чёткого разграничения зоны: ядро, имеющее радиус 20-25% солнечного (только в этой зоне давление достаточно для протекания термоядерных реакций), и зону лучистого переноса. Через последнюю родившиеся в ядре фотоны медленно и мучительно протискиваются к границе конвективной зоны — аналогу мантии планет.

Материя солнечной мантии представляет собой столь же экзотическую субстанцию, как и «чёрный водород» недр. Её можно назвать «жидким пламенем» — причём термин окажется удивительно точным. Ведь пламя — струи раскалённого, ионизированного газа. В недрах Солнца он просто сжат до состояния жидкости — в глубинах плотной и вязкой, как ртуть, выше же подобной расплавленному камню.

В конвективной зоне энергия переносится за счёт перемешивания породы. Нагретый жаром ядра «жидкий огонь» течёт вверх, навстречу ему опускаются охлаждённые массы. Это движение упорядочено по колоннам конвекции — шестигранным призмам шириной 20 тысяч и высотой 200 тысяч километров. Каждая из больших колонн — «супергранул» — разделяется на меньшие столбы по 5 тысяч километров в ширину. А внутри них, в свою очередь, различимы «гранулы» с поперечником от 500 до 1200 километров. По оси гранул водород поднимается, а по граням стекает вниз.

У поверхности конвективная зона переходит в фотосферу — трёхсоткилометровую толщу уже вполне обычного по своим физическим свойствам жидкого водорода. Это — зона охлаждения солнечной материи. Выделившаяся в твёрдом ядре энергия уносится излучением. Обычно указывается, что температура фотосферы Солнца — 5800 К. В действительности же поверхность Солнца нагрета лишь до 4000 градусов, но сквозь верхние слои водорода пробивается свет от глубинных, куда более раскалённых.

На Солнце не может быть «извержений», так как там нет твёрдой коры, сопротивляющейся перемещению расплавленного вещества и накапливающей разрушительную энергию. За катастрофические вспышки ответственны электромагнитные силы

Если земной океан подёрнут лишь лёгкой рябью волн, с высоты незаметных, то солнечная фотосфера кипит. Хлещущий из гранул со скоростью один-два километра в секунду водород вздымается буграми высотой в десятки километров. Над морем жидкого пламени ползут сияющие облака-флоккулы и танцуют спикулы — огненные смерчи шириной 500 и высотой 10 000 километров.

О солнечной атмосфере — хромосфере — достаточно сказать, что её плотность позволяет водороду оставаться жидким даже при температуре 4000 К. Но если в отдалённом будущем эту зону удастся увидеть изнутри объективами жаропрочной автоматической станции, то отнюдь не циклопические столбы спикул более всего поразят наблюдателя. Даже буйство пламени померкнет перед разрушительной силой звука, сотрясающего хромосферу. Над бурлящей поверхностью звезды стоит гул громовых раскатов и царит хаос ударных волн.

Вероятно, именно звук (точного ответа пока не существует) разогревает до миллиона градусов солнечную корону — окружающее светило облако плазмы. Вытягивающиеся на миллион и более километров протуберанцы, наблюдаемые в этой области, иногда ошибочно считаются «султанами взрывов». На самом деле это лишь плотные сгустки водорода, захваченные магнитным полем.

Космическая погода

В старину монархов нередко сравнивали с Солнцем. Ведь власть Солнца над нами беспредельна. Оно практически монопольно поставляет энергию. Тепло, необходимое для сохранения воды в жидкой форме, а значит, и для поддержания жизни; свет, без которого невозможен фотосинтез; кислород, пища, нефть, уголь, газ, появившиеся благодаря фотосинтезу, — всё это даруется нам светилом… Это прекрасно, но порождает некоторое беспокойство. Своей властью Солнце может распорядиться и нам во вред.

Чтобы обосновать довольно нереалистичный сюжет, создателям фильма «Пекло» пришлось выдумать новый вид частиц

Вблизи полюсов, не прикрытых геомагнитным полем планеты, заряды солнечного ветра достигают верхних слоёв земной атмосферы, вызывая ионизацию газа. Благодаря чему мы любуемся полярным сиянием

Повторение события полуторавековой давности и даже вдесятеро более мощная атака, конечно, не ввергнет цивилизацию в хаос, но материальный урон будет огромен, а человеческие жертвы могут исчисляться десятками тысяч: упавшие самолёты, техногенные катастрофы, вызванные выходом из строя оборудования, отказавшая медицинская аппаратура. Именно катастрофическая солнечная вспышка стала первой причиной упадка цивилизации в цикле «Бегущий в лабиринте» Джеймса Дэшнера. Впрочем, люди постарались, чтобы ухудшить ситуацию на Земле…

Сминая первую линию защиты Земли, потоки солнечных частиц могут достигать ионосферы. У нашей планеты тоже есть своя «плазменная корона» — разреженная оболочка из ионизированного газа, простирающаяся до высоты 400 километров. Фактически это глубокий вакуум, уже почти не препятствующий движению космических аппаратов. Но после того, как солнечный ветер ударяет по верхним слоям земной атмосферы, раскаляя их, этот вакуум становится куда менее глубоким. Так в 1979 году солнечная вспышка «сбила» американскую орбитальную станцию «Скайлэб». Кроме того, ионосфера может быть «зеркалом», отражающим обратно к Земле радиоволны, вследствие чего магнитные бури способны нарушать связь.

Механизм воздействия магнитных бурь на самочувствие человека пока не до конца понятен. Геоиндукционные поля очень слабы, однако некоторые люди способны ощущать тончайшие изменения магнитного поля. Как и чем? Загадка. Возможно, физический дискомфорт, связанный с магнитными бурями, имеет психосоматическую природу.

Солнечный парус позволяет ускорять корабль давлением солнечного света. Возможен также электрический парус, использующий силу солнечного ветра — потока испускаемых светилом заряженных частиц

Солнечные циклы

В телефильме «Сверхновая» (2005) Земле угрожает гибель в результате взрыва светила. Но такого развития событий не стоит опасаться — масса Солнца для этого недостаточна. Тем не менее многие встречающиеся в фантастике сценарии катастрофы наука не может отвергнуть с такой же уверенностью, ведь наши знания о Солнце всё ещё очень ограничены. Что именно там происходит, мы уже знаем. Но почему это происходит именно таким образом, в данный момент и с наблюдаемой интенсивностью — увы, нет.

Равновесие, в котором пребывают недра Солнца, устойчиво, но не статично. Звезда «дышит», циклически меняя свою активность. Гравитация приводит к сжатию — крошечному, но наблюдаемому. Сжатие повышает интенсивность термоядерных реакций, которые, в свою очередь, приводят к нагреву и расширению. В результате светимость колеблется в пределах 0,1%. Но почему-то неравномерно. Кратчайший, 11-летний цикл, несмотря на название, длится от 9 до 14 лет. И это очень странно. Более странно, чем если бы продолжительность года на Земле непредсказуемо менялась от 9 до 14 месяцев. Ведь Солнце, в отличие от Земли, внешним воздействиям не подвержено.

В периоды минимальной активности Солнце краснеет. Спектр сдвигается в длинноволновую область

Помимо 11-летних циклов, светимость Солнца колеблется с периодами 70-100, 200-300 и 2000 лет — тоже нерегулярными. И возникает вопрос, какие процессы в столь гигантской системе (тепло от ядра к фотосфере проходит за 200 тысяч лет) вообще могут протекать с высокой и непостоянной скоростью? Очевидно, это могут быть лишь электромагнитные процессы. Это наверняка как-то связано с циклами активности. Знать бы ещё, как именно.

Время от времени наше светило берёт отпуск — светимость снижается на 0,2-0,6%. Что происходит в таком случае, нам вскоре предстоит узнать. С учётом непредсказуемости нашего светила подобного развития событий можно ожидать в любой момент. Прошлый длительный период низкой активности, получивший название «минимум Маундера» или «малый ледниковый период», продолжался с 1645 по 1715 год. Реки в средней полосе России тогда сковывались льдом на полгода.

Изменения климата, как и колебания солнечной активности, за последние тысячи лет хорошо изучены. И связь между похолоданиями и периодами «спокойного Солнца» достаточно очевидна. Казалось бы, всё просто, но… механизм этой зависимости остаётся загадкой. Само по себе изменение светимости на доли процента значимых последствий иметь не может. Среди выдвигаемых гипотез есть даже такая, согласно которой Землю на самом деле замораживают излучения галактического ядра. Если долго нет вспышек и плазменных атак, радиационные пояса Земли слабеют и космические частицы достигают атмосферы, вызывая конденсацию пара и образование отражающих свет облаков.

Когда погаснет Солнце?

По мере превращение водорода в гелий ядро звезды уплотняется. Это приводит к росту давления и ускоряет термоядерные реакции. С возрастом, расходуя горючее, звезда не тускнеет, а разгорается всё сильнее. В случае Солнца это означает увеличение светимости на 10% за миллиард лет. И даже дополнительные 10% будут для Земли лишними — выживут только термофильные организмы в закипающих у поверхности океанах. А ещё через 2,5 миллиарда лет, полностью потеряв воду, наша планета превратится в подобие Венеры.

Зато от увеличения светимости Солнца в выигрыше окажется Марс. Через миллиард лет на Марсе растают ледники, потекут реки и появится плотная атмосфера. Это будет засушливый, но вполне пригодный для жизни мир. Последними эстафету примут спутники Сатурна — когда лучи умирающего Солнца на короткое время растопят льды.

Благоприятные условия на Марсе будут сохраняться 6 миллиардов лет. Столько же, сколько и на Земле

Через 7 миллиардов лет в сжимающемся ядре Солнца закончится водород. Но температура в недрах светила к этому времени уже будет так велика, что реакция синтеза станет возможной в конвективной зоне. Ненадолго. «Жидкий огонь» способен расширяться при нагреве. Выделение энергии в «мантии» звезды приведёт к тому, что её размеры увеличатся в сотни раз, давление упадёт и синтез прекратится. Солнце превратится в красный гигант светимостью в 3-5 тысяч раз выше современной. Затем в ядре вспыхнет гелий, и резко возросший поток излучения вытолкнет раздувшуюся газовую оболочку за пределы гравитационной ямы.

Меркурий и Венера будут поглощены фотосферой Солнца. Уран и Нептун покинут теряющее гравитационную хватку светило. Но Земля, перейдя на орбиту с вдвое большим радиусом, вероятно, уцелеет. Агония звезды продлится ещё 100 миллионов лет — после чего догорит и гелий. Звезда превратится в белый карлик — крошечный шар из углерода и кислорода, заливающий руины солнечной системы яростными потоками рентгеновского излучения.

Дальнейший синтез станет невозможным. Ведь чем тяжелее элемент, тем больше электрический заряд ядер и выше силы кулоновского отталкивания. Превращение белого карлика в чёрный — холодный, не излучающий, — займёт ещё четыре миллиарда лет.

Хотя при синтезе кислорода из гелия выделяется на порядок меньше энергии, чем при синтезе гелия из водорода, красный гигант будет распирать термоядерный жар. Гелий выгорает в 100 раз интенсивнее водорода

Прогнозировать события на Солнце пока можно только на основе опыта наблюдений. Но именно этот опыт свидетельствует, что за весь период существования человечества светило ещё ни разу нас не уничтожило.

Источник