Внутреннее строение Солнца

По современным представлениям Солнце дифференцировано на ряд концентрических сфер, или областей, каждая из которых обладает специфическими особенностями (см. рис.). Схематический разрез Солнца показывает его внешние особенности вместе с гипотетическим внутренним строением.

В центре находится ядро, затем область лучевого переноса энергии, далее конвективная зона и, наконец, атмосфера. К ней относят три внешние области: фотосферу, хромосферу и корону.

Ядро – центральная область Солнца со сверхвысокими давлением и температурой, обеспечивающими течение ядерных реакций. Они выделяют огромное количество электромагнитной энергии в предельно коротких диапазонах волн.

Область лучевого переноса энергии находится над ядром. Она образована практически неподвижным и невидимым сверхвысокотемпературным газом. Передача через него энергии, генерируемой в ядре, к внешним сферам Солнца осуществляется лучевым способом, без перемещения газа.

Конвективная область располагается над предыдущей. Она образована также невидимым раскаленным газом, находящимся в состоянии конвективного перемешивания. Конвекция (вертикальные движения) обусловлена положением области между двумя средами, резко различающимися по господствующим в них давлению и температуре. Перенос тепла из солнечных недр к поверхности происходит в результате локальных поднятий сильно нагретых масс газа, находящихся под высоким давлением, к периферии светила, где температура газа меньше и где начинается световой диапазон излучения Солнца. Толщина конвективной области оценивается приблизительно в 1/10 часть солнечного радиуса.

Фотосфера – это нижний из трех слоев атмосферы Солнца, расположенный непосредственно на плотной массе невидимого газа конвективной области. Фотосфера образована раскаленным ионизированным газом, температура которого у основания близка к 10 000 К, а у верхней границы, расположенной примерно на 300 км выше, – порядка 5000 К. Средняя температура фотосферы принимается в 5700 К. При такой температуре раскаленный газ излучает электромагнитную энергию преимущественно в оптическом диапазоне волн. Именно этот нижний слой атмосферы, видимый как желтовато-яркий диск, зрительно воспринимается нами как Солнце.

Через прозрачный воздух фотосферы в телескоп отчетливо просматривается ее основание – контакт с массой непрозрачного воздуха конвективной области. Поверхность раздела имеет зернистую структуру, называемую грануляцией (см. рис.). Зерна, или гранулы, имеют поперечники от 700 до 2000 км. Положение, конфигурация и размеры гранул меняются. Наблюдения показали, что каждая гранула в отдельности выражена лишь какое-то короткое время (около 5–10 мин.), а затем исчезает, заменяясь новой гранулой. На поверхности Солнца гранулы совершают нерегулярные движения со скоростью примерно 2 км/сек. В совокупности светлые зерна (гранулы) занимают до 40% поверхности солнечного диска.

Процесс грануляции представляется как наличие в самом нижнем слое фотосферы непрозрачного газа конвективной области – сложной системы вертикальных круговоротов. Светлая ячея – это поступающая из глубины порция более разогретого газа по сравнению с уже охлажденной на поверхности, а потому и менее яркой, компенсационно погружающейся вниз. Яркость гранул на 10–20% больше окружающего фона указывает на различие их температур в 200–300°С.

Самые приметные объекты на Солнце – это тёмные пятна (см. рис.). Диаметры пятен иногда достигают 200 тыс. км. Совсем маленькие пятна называют порами.

Поверхность Солнца, излучающая энергию в космическое пространство в световом диапазоне спектра электромагнитных волн, – это разреженный слой газов фотосферы и просматривающаяся сквозь нее гранулированная верхняя поверхность слоя непрозрачного газа конвективной области. В целом зернистая структура, или грануляция, признается свойственной фотосфере – нижнему слою солнечной атмосферы.

Xромосфера. При полном солнечном затмении у самого края затемненного диска Солнца видно розовое сияние – это хромосфера. Она не имеет резких границ, а представляет собой сочетание множества ярких выступов или языков пламени, находящихся в непрерывном движении. Хромосферу сравнивают иногда с горящей степью.

Языки хромосферы называют спикулами (см. рис.). Они имеют в поперечнике от 200 до 2000 км (иногда до 10 000) и достигают в высоту нескольких тысяч километров. Их надо представлять себе как вырывающиеся из Солнца потоки плазмы (раскаленного ионизированного газа).

На краю солнечного диска хорошо видны протуберанцы (см. рис.) – плотные конденсации вещества, поднятые над поверхностью линиями магнитного поля в виде арок или выступов. Протуберанцы бывают спокойные, активные и эруптивные, выделяются на фоне короны, так как имеют более высокую плотность. Скорость движения вещества активных протуберанцев достигает 200 км/с, а высота подъёма – до 40 радиусов Земли.

На Солнце наблюдаются взрывные выбросы энергии и вещества (со скоростью до 100 тыс. км/с), охватывающие значительные области поверхностного слоя – вспышки (см. рис.). Эти яркие образования существуют от нескольких минут до 3 часов. Обычно солнечные вспышки проходят вблизи быстро развивающихся групп солнечных пятен.

Установлено, что переход от фотосферы к хромосфере сопровождается скачкообразным повышением температуры от 5700 К до 8000 – 10000 К. К верхней границе хромосферы, находящейся приблизительно на высоте 14000 км от поверхности Солнца, температура повышается до 15000 – 10000 К. Плотность вещества на таких высотах составляет всего 10-12 г/см³, т. е. в сотни и даже тысячи раз меньше, чем плотность нижних слоев хромосферы.

Солнечная корона – внешняя атмосфера Солнца. Она образована наиболее разреженным ионизированным газом. Простирается примерно на расстояние 5 диаметров Солнца, имеет лучистое строение, слабо светится. Ее можно наблюдать только во время полного солнечного затмения. Яркость короны примерно такая же, как у Луны в полнолуние, что составляет лишь около 5/1000000 долей яркости Солнца.