Общие сведения о Солнце

Лекция. Солнце

Солнце – ближайшая к нам звезда Вселенной, относится к разряду желтых карликов. Солнце представляется кругом с резко очерченным краем – лимбом. Видимый диаметр Солнца в течение года изменяется из-за эллиптичности орбиты. Среднее расстояние от Земли (1 а. е.) до Солнца – 149,6 млн км. Солнце – это раскаленный светящийся с поверхности газовый шар, состоящий на 70% из водорода и на 27% из гелия. Масса Солнца составляет 2,25·10²⁷ т, что в 329400 раз больше массы Земли (5,98·10²¹ т), а его объем приблизительно в 1300 тыс. раз больше объема Земли. Средняя плотность вещества Солнца составляет 1,41 г/см³, тогда как средняя плотность Земли в 4 раза больше – 5,52 г/см³, давление в его центре достигает 300 млрд атмосфер, а температура – 10–15 млн градусов. Под действием гравитации Солнце, как и любая другая звезда, стремится к сжатию, но этому препятствуют силы, возникающие из-за сверхвысоких давлений и температур в центральной области. В этих условиях ядра атомов водорода – протоны – движутся с огромными скоростями – сотни км/сек, а так как плотность вещества в центре Солнца достигает 150 г/см³, то между ними нередки столкновения, которые становятся началом ядерных реакций. Течение ядерных реакций, или протон-протонного цикла (см. рис.), выражается в превращении водорода в гелий. Реакция начинается с крайне редкого явления β -распада одного из двух протонов в момент особой близости их. При β -распаде протон превращается в нейтрон с испусканием позитрона и нейтрино. Объединяясь со вторым протоном, нейтрон дает ядро тяжелого водорода (дейтерия), который при столкновении с третьим протоном образует ядро неустойчивого изотопа He³. Два ядра такого гелия, объединяясь, образуют He⁴ и испускают 2 протона.

Важнейшим моментом протон-протонного цикла является то, что масса ядра гелия почти на 1% меньше суммы масс четырех протонов, то есть масс ядер водорода. Эта кажущаяся потеря называется дефектом массы и является причиной выделения огромного количества энергии при ядерных реакциях. Эта энергия выделяется в виде γ -квантов.

Большой интерес вызывают нейтрино, выделяющиеся при ядерной реакции, которые имеют ничтожную массу покоя и почти не взаимодействуют с веществом, свободно проникают из глубин Солнца к поверхности Земли, пересекая межпланетное пространство со скоростью света. Если регистрировать поток нейтрино на Земле, то можно получить важнейшие сведения о глубинном строении Солнца и об интенсивности ядерных реакций. Для такой звезды, как Солнце, нормальный поток нейтрино, покидающих 1 см²  солнечной поверхности, должен составлять 100 000 000 000 (сто триллионов) частиц в 1 сек.

Ядерные реакции могут происходить только в самых глубинных частях Солнца, так как к поверхности температура и давление понижаются. Верхние слои только передают энергию, выделившуюся в виде γ -квантов. Важно то, что вместо каждого поглощенного кванта большой энергии передающие частицы-атомы, как правило, излучают несколько квантов, но меньшей энергии. Происходит это по следующей причине. Поглощая энергию, атом ионизируется, сильно возбуждается (электроны при этом соскакивают со своих оболочек) и приобретает способность излучать энергию. Однако возвращение электрона на прежний энергетический уровень происходит не сразу, а через какие-то промежуточные состояния, при этом выделяются кванты меньших энергий. Таким образом, первоначальная, большая порция энергии «дробится», поэтому вместо γ -лучей излучаются рентгеновские, вместо рентгеновских – ультрафиолетовые. Ультрафиолетовые лучи в более высоких слоях Солнца дробятся на кванты видимых и тепловых лучей, которые окончательно излучаются в окружающее пространство. Таким образом, по мере продвижения энергетического потока к поверхности Солнца длина волны электромагнитного излучения удлиняется, а температура понижается.

Со́лнечная постоя́нная — суммарный поток солнечного излучения, проходящий за единицу времени через единичную площадку, ориентированную перпендикулярно потоку, на расстоянии одной астрономической единицы от Солнца вне земной атмосферы. По данным внеатмосферных измерений солнечная постоянная составляет 1367 Вт/м²,

Светимость Солнца - 4*10 ²⁶Вт, радиус Солнца -0,6*10⁹ м.