Внутреннее строение солнца и звезд главной последовательности и источники энергии

Видео: Солнце.wmv

Звезды — наиболее часто встречающиеся тела во Вселенной. Многие астрофизики посвящают свою жизнь их изучению. При этом все светила настолько удалены от нашей планеты, что о непосредственном их исследовании пока приходится лишь мечтать. Только Солнце доступно для постоянного наблюдения на сравнительно небольшом расстоянии. Однако и в случае центрального светила нашей планетной системы большинство параметров получаются из вычислений, основанных на теориях и лишь косвенно подтверждающихся наблюдениями. Внутреннее строение Солнца, источник его энергии, особенности некоторых процессов, происходящих в недрах, — все эти характеристики выведены «на кончике пера». Однако их достаточно для объяснения многих нюансов поведения не только нашего светила, но и других, схожих с ним звезд.

Параметры

Солнце — звезда спектрального класса G2, желтый карлик. Его масса оценивается в 2·-10³⁰ кг, а радиус составляет 696 тысяч километров. В химическом составе светила сильно преобладает водород (90 %), за ним следует гелий (10 %) и более тяжелые элементы (менее 0,1 %). Источники энергии и внутреннее строение Солнца тесно связаны с соотношением и преобразованием этих атомов.

В каждой точке светила постоянно поддерживается равновесие двух противоположных сил: тяготения и давления газа. Благодаря их гармоничному соотношению Солнце является более или менее стабильным космическим телом. Аналогичный механизм лежит в основе поддержания постоянства всех звезд.

Термоядерный котел

Модель внутреннего строения Солнца сформирована благодаря данным наблюдения, теоретического анализа, спектроскопии и другим методам астрономии. На основе собранной таким образом информации определяются характеристики звезды. Выведенные закономерности и созданные теории существуют до тех пор, пока они хорошо объясняют видимые изменения, происходящие со светилом и другими аналогичными звездами главной последовательности.

Согласно современным представлениям основным источником солнечного излучения являются термоядерные реакции, постоянно протекающие в его ядре. При крайне высоких температурах (14 млн кельвинов) происходит преобразование водорода в гелий. При этом выделяется внушительное количество энергии.

Слои

Внутреннее строение Солнца — это три зоны: ядро, изотермическая и конвективная область. Сердцевина светила занимает примерно четвертую часть его радиуса и представляет собой очень сильно сжатое вещество. Масса ядра — практически половина от общей солнечной. Именно здесь и протекают реакции синтеза элементов.

Далее следует изотермическая зона. Здесь образовавшаяся в ходе реакций в ядре энергия переносится путем излучения. Это наиболее протяженная зона. Энергия медленно просачивается сквозь нее. По мере ее продвижения уменьшается температура и давление в недрах Солнца. При определенных показателях этих параметров возникают конвекционные процессы — начинается следующий слой светила. Здесь перенос энергии осуществляется самим веществом. Конвективная зона у Солнца гораздо меньше изотермической (седьмая часть радиуса).

Близкие по структуре

Внутреннее строение Солнца и звезд главной последовательности схоже. Оно несколько отличается в случае голубых звезд и красных карликов. Для первых характерны конвективное ядро и достаточно протяженная зона лучистого переноса (изотермическая). Красные карлики по последовательности расположения слоев схожи со звездами типа Солнца. Однако у них доминирует зона конвекции, а лучистый перенос занимает лишь сравнительно небольшой участок.

Атмосфера

Привычной для нас поверхности у Солнца нет. Оно, как и все звезды, представляет собой светящийся газовый шар. Поверхность выделяется условно и разграничивает конвективную зону светила и его атмосферу. В ней также выделяют три слоя.

Видео: Все о космосе - 01

Внутреннее строение Солнца и звезд главной последовательности, схожих с ним, заканчивается зоной конвекции. Она непосредственно граничит с фотосферой, 300-метровым слоем, откуда излучение устремляется в космос, в том числе к Земле. Средняя температура этой части — 5800 К. По мере удаления от конвективного слоя она падает до значения в 4800 К. Фотосфера сильно разрежена. Ее плотность в тысячу раз меньше аналогичного параметра воздуха на Земле. Постепенно она перетекает в хромосферу, за которой располагается корона Солнца.

Состав атмосферы

Содержание тех или иных элементов во внешних оболочках светила определяется при помощи спектрального анализа. Его данные показывают, что по химическому составу атмосферы Солнце аналогично звездам второго поколения (они образовались в течение последних нескольких миллиардов лет). В отличие от своих предшественников они характеризуются гораздо большей концентрацией атомов элементов, тяжелее водорода и гелия. Солнце и аналогичные ему светила сформировались после разрушения части звезд первого поколения, в недрах которых в процессе термоядерного синтеза и образовались тяжелые элементы.

Хромосфера

Внутреннее строение Солнца и звезд недоступно для непосредственного наблюдения. То же можно сказать и о следующей за фотосферой воздушной оболочкой светила. Значительная яркость позволяет увидеть ее только во время полного солнечного затмения. Эта оболочка носит название «хромосфера», что в переводе означает «окрашенная сфера». В тот момент, когда Луна загораживает собой Солнце, она приобретает розоватый оттенок, появлению которого способствует водород. Именно этот элемент составляет внушительную часть сильно разреженной хромосферы.

Температура здесь выше, чем на предыдущем слое. Такое явление объясняется понижением плотности вещества. В верхних слоях хромосферы температура достигает 50 тысяч кельвинов.

Корона

Линия спектра водорода перестает быть различимой на высоте 12 тысяч километров над фотосферой. Чуть дальше заметен след кальция. Его линия спектра исчезает еще через 2 000 км. Высоту в 14 000 км над фотосферой принято считать началом короны, третьей внешней оболочки нашего светила.

Чем выше от условной поверхности Солнца, тем менее плотным становится воздух и значительнее температуры. Корона, представляющая собой разреженную плазму, разогревается до 2 млн кельвинов. В результате этого вещество области становится постоянным мощным источником рентгеновского и ультрафиолетового излучения.

Исследования показывают, что протяженность короны составляет 30 солнечных радиусов. Чем дальше от хромосферы, тем менее плотной она становится. Последний ее слой перетекает в космическое пространство, образуя солнечный ветер.

Будущее

Внутреннее строение Солнца, как его видят сегодня ученые, будет таким не вечно. Рано или поздно, по прогнозам примерно через 5 млрд лет, светило исчерпает запас топлива. В результате внутреннее строение Солнца сильно поменяется: ядро сожмется до размеров, в 100 раз меньших современных габаритов светила, а его остальные оболочки превратятся в медленно остывающую атмосферу. Наша звезда войдет в стадию красного гиганта. Еще через несколько десятков тысяч лет расширившаяся оболочка Солнца рассеется в космическом пространстве и светило превратится в белого карлика.

Видео: Солнце, строение, активность, небесные явления

Сомнения

Развитие события может пойти и по другому сценарию, поскольку источники энергии и внутреннее строение Солнца, а также аналогичных ему звезд, все-таки изучены не до конца. Высказываются предположения, что термоядерный синтез не играет столь важную роль, какую ему приписывают. Косвенное подтверждение этому — солнечное нейтрино, точнее, его отсутствие. Эти частицы образуются в процессе термоядерных реакций и обладают мощнейшей пробивной способностью, то есть должны беспрепятственно добираться до Земли. Однако зафиксировать их пока не удалось.

Интересны и данные группы астрономов под руководством академика А.Б. Северного. Согласно им Солнце испытывает незначительные колебания. Они возможны только при условии однородности светила. То есть если бы удалось запечатлеть внутреннее строение Солнца, фото продемонстрировало бы полное единообразие слоев. При этом температура ярда светила должна составлять 6,5 миллиона кельвинов, что мало для протекания термоядерных реакций. Пока эта гипотеза лишь набирает силу.

Таким образом, внутреннее строение Солнца, кратко изложенное здесь, требует дальнейшего внимательного изучения. Возможно, окончательное понимание процессов, происходящих в недрах светил, станет доступно для нас только после значительного усовершенствования аппаратуры и методов познания.