Астрономия

Введение

Солнечная
радиация поддерживает жизнь на Земле (свет необходим для начальных фаз
фотосинтеза), определяет климат. Солнце состоит из водорода (~73% массы и ~92%
объема), гелия (~25% массы и ~7% объема) и других элементов с более низкими
концентрациями: железо, никель, кислород, азот, кремний, сера, магний, углерод,
неон, кальций и хром.

На
каждый 1 миллион атомов водорода приходится 98 000 атомов гелия, 851 атом
кислорода, 398 атомов углерода, 123 атома неонов, 100 атомов азота, 47 атомов
железа, 38 атомов магния, 35 атомов кремния, 16 атомов серы, 4 атома аргона, 3
атома алюминия, 2 атома никеля, 2 атома натрия и 2 атома кальция и очень мало
других элементов.

Времена года на Земле и Солнце

Времена года на Земле и Солнце — тесно взаимосвязаны. Также в этом процессе большое значение имеет земная ось, которая расположена под углом.

Как известно, наша планета движется по замкнутой орбите, которая напоминает эллипс. Солнце находится не в середине, а немного смещено. В одной точке — Земля максимально близко подходит к Светилу, а в другой — отдаляется. Чем ближе «подходит» Земля к Солнцу, тем больше солнечного тепла попадает на Южный полюс. Тогда в странах, расположенных на этой территории, начинается лето. Противоположная ситуация возникает, когда наша планета отклоняется от Светила: тогда лето наступает в Северном полушарии. В то время, как в южных странах наблюдается зима.

Говоря о смене сезонов, важно учесть движение Земли вокруг своей оси. Ее отклонение позволяет временам года сменять друг друга

Если бы такого отклонения не было, то в одной части планеты была бы вечная зима, в другой — осень и т.д.

Почему же тогда, например, на Экваторе всегда жаркая погода? Это возможно из-за того, что лучи Солнца падают отвесно в изобилии, но они не рассеиваются в атмосфере.

Также дважды в год есть такие дни, когда лучи одинаково падают на всю поверхность нашей планеты. Это — дни равноденствия (осеннего и весеннего).

Солнечная атмосфера

Фотосфера
(слой, излучающий свет) формирует видимую поверхность солнца. Его толщина
соответствует оптической толщине около 2/3 единиц. В абсолютных величинах
толщина фотосферы, по разным оценкам, достигает 100-400 км. Большая часть
оптического (видимого) излучения Солнца поступает из фотосферы, в то время как
излучение из более глубоких слоев не достигает ее. Температура падает с 6600 К
до 4400 К по мере приближения к внешнему краю фотосферы. Эффективная
температура фотосферы в целом составляет 5778 К. Его можно рассчитать по
законуСтефана-Больцмана, согласно которому мощность излучения абсолютно черного
тела прямо пропорциональна температуре четвертого градуса тела.

Хромосфера
(автор доктор — гречанка. χρομα — цвет, σφαίρα — сфера, глобус) — внешняя
оболочка Солнца толщиной около 2000 км, окружающая фотосфера. Происхождение
названия этой части солнечной атмосферы связано с ее красноватым цветом, что
обусловлено тем, что в видимом спектре хромосферы доминирует красная
H-альфа-линия водородного излучения серии Баллмер. Верхняя граница хромосферы
не имеет четко выраженной гладкой поверхности, и из нее постоянно выходят
горячие выбросы, так называемые спицы. Среднее количество одновременно
наблюдаемых спиц — 60-70 тысяч, поэтому итальянский астроном Секки в конце XIX
века наблюдал хромосферу в телескопе и сравнивал ее с горящими прериями.
Температура хромосферы повышается с высотой от 4000 до 20 000 К (диапазон
температур более 10 000 К относительно невелик).

Плотность
хромосферы низкая, поэтому яркости недостаточно для наблюдения в нормальных
условиях. Но во время полного солнечного затмения, когда Луна покрывает яркую
фотосферу, хромосфера над ней становится видимой и светится красным цветом. Его
также можно наблюдать в любое время с помощью специальных узкополосных
оптических фильтров. В дополнение к уже упомянутой линии Н-альфа с длиной волны
656,3 нм, фильтр может быть установлен на Ca II K (393,4 нм) и Ca II H (396,8 нм).

Корона — это последняя внешняя оболочка солнца. Корона состоит в основном из протуберанцев и энергетических извержений, которые излучают и извергают в космос более нескольких сотен тысяч или даже более миллиона километров, образуя солнечный ветер. Средняя корональная температура составляет от 1 000 000 до 2 000 000 000 К, а максимальная в некоторых районах от 8 000 000 до 20 000 000 К. Несмотря на эту высокую температуру, она видна невооруженным глазом только во время полного солнечного затмения, потому что плотность вещества в короне низкая, а значит и его яркость тоже низкая. Необычайно сильный нагрев этого слоя, по-видимому, вызван эффектом магнитнойсвязи и ударных волн. Форма короны меняется в зависимости от фазы цикла солнечной активности: в периоды максимальной активности она округляется и, как минимум, растягивается вдоль солнечного экватора. Поскольку температура короны очень высокая, она испускает интенсивное ультрафиолетовое и рентгеновское излучение. Эти излучения не проникают в атмосферу Земли, но в последнее время стало возможным изучать их с помощью космических аппаратов. Радиация в различных зонах короны неравномерна. Имеются горячие активные и тихие области и корональные отверстия с относительно низкой температурой 600 000 K, из которых магнитные линии силы проникают в космос. Такая («открытая») магнитная конфигурация позволяет частицам беспрепятственно покидать Солнце, так что солнечный ветер в основном испускается корональными отверстиями.

Солнечный
ветер. Солнечный ветер — поток ионизированных частиц (в основном протонов,
электронов и α-частиц) — выходит из внешней части солнечной короны и
распространяется к границам гелиосферы, постепенно уменьшая ее плотность.
Солнечный ветер делится на две составляющие: медленный солнечный ветер и быстрый
солнечный ветер. Медленный солнечный ветер имеет скорость около 400 км/с и
температуру 1,4 -1,6-106 К и расположен вблизи короны в своем составе. Быстрый
солнечный ветер имеет скорость около 750 км/с, температуру 8-105 К, а его
состав аналогичен составу фотосферы. Медленный солнечный ветер в два раза
плотнее и менее постоянен, чем быстрый. Медленный солнечный ветер имеет более
сложную структуру с регионами турбулентности.

Исследование солнечной энергии

Почему Солнце светит и не остывает уже миллиарды лет? Какое «топливо» дает ему энергию? Ответы на этот вопрос ученые искали веками, и только в начале XX века было найдено правильное решение. Теперь известно, что, как и другие звезды, светит благодаря протекающим в его недрах термоядерным реакциям.

Если ядра атомов лёгких элементов сольются в ядро атома более тяжелого элемента, то масса нового окажется меньше, чем суммарная масса тех, из которых оно образовалось. Остаток массы превращается в энергию, которую уносят частицы, освободившиеся в ходе реакции. Эта энергия почти полностью переходит в тепло. Такая реакция синтеза атомных ядер может происходить только при очень высоком давлении и температуре свыше 10 млн. градусов. Поэтому она и называется термоядерной.

Основное вещество, составляющее Солнце, — водород, на его долю приходится около 71% всей массы светила. Почти 27% принадлежит гелию, а остальные 2% — более тяжелым элементам, таким как углерод, азот, кислород и металлы. Главным «топливом» Солнца служит именно водород. Из четырех атомов водорода в результате цепочки превращений образуется один атом гелия. А из каждого грамма водорода, участвующего в реакции, выделяется 6×1011 Дж энергии! На Земле такого количества энергии хватило бы для того, чтобы нагреть от температуры 0ºC до точки кипения 1000 м3 воды.

Вариант 3

Солнце это главное светило нашей солнечной системы. Солнце это единственная звезда в солнечной системе. У этого слово есть множество понятий и определений. Начиная от источника света и заканчивая источником неисчерпаемой энергии.

Солнце сформировалось при огромном космическом взрыве, который астрономы назвали, взрывом сферхновой. Оно находится в центре нашей системе. Расстояние от Земли до него по космическим мерам очень мало, всего восемь световых минут. То есть это расстояние, которое лучь света пройдет за восемь минут. Из остатков от большого взрыва образовались и другие планеты, в том числе и Земля.

Именно солнце сыграло ключевую роль в формирование Земли. Солнечный свет породил микроорганизмов, из которых в ходе эволюции получился человек. Это все происходила очень и очень давно. Ученые предполагают, что это было не меньше чем пять миллиардов лет тому назад. Жизнь зародилась именно на Земле, потому что земля третья планета от солнце. И на ней сама оптимальная температура для жизни. Как сказано выше жизнь зародилась в воде и отсюда следует, что вода была в жидком состояние только на Земле. На Венере слишком жарко и вода там встречается только в газообразном состояние, а на Марсе наоборот холодно и вода там только в твердом состоянии.

Солнце считается одной из самых спокойных звезд в галактике Млечный путь. Оно не меняло уровень излучении энергии на протяжении сотен тысяч лет. Это было доказано современными учеными не так и давно. Они провели эксперимент, в котором сравнили структуру окаменелых водорослей с современными экземплярами. Они выяснили, что если бы солнце изменялось, то и менялась структура растений. Ученые не нашли не каких изменений в структуре водорослей. Для проверки чистоты эксперимента они взяли несколько разных растений из разных сред обитания. И эти растения не показали значительных изменений. В итоги ученые сделали вывод, если бы солнце изменило силу своего свечения, то вся жизнь на Земле бы погибла.

Само солнце представляет собой очень горячий, симметричный со всех сторон шар. Температура его достигает пятнадцати миллионов градусов.  Она настолько горячие, что там без перерыва происходят атомные реакции. Только представьте, сколько там ядерного топлива, что его хватает на миллиарды лет. Солнце по отношению к Земле очень большое, но по отношению к звездам очень маленькое, так как наше солнце считается карликовой звездой. Солнце по диаметру в сто девять раз больше диаметра земли, а масса в триста тридцать тысяч раз больше массы земли.

Солнце на чистом небе — любимая погода многих людей

Солнце – источник энергии

Наше Солнце – это огромный светящийся газовый шар, внутри которого протекают сложные процессы и в результате непрерывно выделяется энергия. Энергия Солнца является источником жизни на нашей планете. Солнце нагревает атмосферу и поверхность Земли. Благодаря солнечной энергии дуют ветры, осуществляется круговорот воды в природе, нагреваются моря и океаны, развиваются растения, животные имеют корм. Именно благодаря солнечному излучению на Земле существуют ископаемые виды топлива. Солнечная энергия может быть преобразована в теплоту или холод, движущую силу и электричество.

Солнце испаряет воду с океанов, морей, с земной поверхности. Оно превращает эту влагу в водяные капли, образуя облака и туманы, а затем заставляет её снова падать на Землю в виде дождя, снега, росы или инея, создавая, таким образом, гигантский круговорот влаги в атмосфере.

Солнечная энергия является источником общей циркуляции атмосферы и циркуляции воды в океанах. Она как бы создаёт гигантскую систему водяного и воздушного отопления нашей планеты, перераспределяя тепло по земной поверхности.

Солнечный свет, попадая на растения, вызывает у него процесс фотосинтеза, определяет рост и развитие растений; попадая на почву, он превращается в тепло, нагревает её, формирует почвенный климат, давая тем самым жизненную силу находящимся в почве семенам растений, микроорганизмам и населяющим её живым существам, которые без этого тепла пребывали бы в состоянии анабиоза (спячки).

Солнце излучает огромное количество энергии — приблизительно 1,1×1020 кВт·ч в секунду. Киловатт·час — это количество энергии, необходимое для работы лампочки накаливания мощностью 100 ватт в течение 10 часов. Внешние слои атмосферы Земли перехватывают приблизительно одну миллионную часть энергии, излучаемой Солнцем, или приблизительно 1500 квадрильонов (1,5 x 1018) кВт·ч ежегодно. Однако только 47% всей энергии, или приблизительно 700 квадрильонов (7 x 1017) кВт·ч, достигает поверхности Земли. Остальные 30% солнечной энергии отражается обратно в космос, примерно 23% испаряют воду, 1% энергии приходится на волны и течения и 0,01% — на процесс образования фотосинтеза в природе.

Общие сведения о Солнце

Солнце – центральное тело Солнечной системы, раскаленный плазменный шар, типичная звезда-карлик спектрального класса G2.

Характеристики Солнца

• Масса MS~2*1023 кг
• RS~629 тыс. км
• V= 1,41*1027 м3, что почти в 1300 тыс. раз превосходит объем Земли,
• средняя плотность 1,41*103 кг/м3,
• светимость LS=3,86*1023 кВт,
• эффективная температура поверхности (фотосфера) 5780 К,
• период вращения (синодический) изменяется от 27 сут на экваторе до 32 сут. у полюсов,
• ускорение свободного падения 274 м/с2 (при таком огромном ускорении силы тяжести человек массой 60 кг весил бы более 1,5 т.).

Строение Солнца

В центральной части Солнца находится источник его энергии, или, говоря образным языком, та “печка”, которая нагревает его и не даёт ему остыть. Эта область называется ядром (см. рис.1). В ядре, где температура достигает 15 МК, происходит выделение энергии. Ядро имеет радиус не более четверти общего радиуса Солнца. Однако в его объёме сосредоточена половина солнечной массы и выделяется практически вся энергия, которая поддерживает свечение Солнца.

Сразу вокруг ядра начинается зона лучистой передачи энергии, где она распространяется через поглощение и излучение веществом порций света – квантов. Кванту требуется очень много времени, чтобы просочиться через плотное солнечное вещество наружу. Так что если бы печка внутри Солнца вдруг погасла, то мы узнали бы об этом только миллионы лет спустя.

На своём пути через внутренние солнечные слои поток энергии встречает такую область, где непрозрачность газа сильно возрастает. Это конвективная зона Солнца. Здесь энергия передаётся уже не излучением, а конвекцией. Конвективная зона начинается примерно на расстоянии 0,7 радиуса от центра и простирается практически до самой видимой поверхности Солнца (фотосферы), где перенос основного потока энергии вновь становится лучистым.

Фотосфера – это излучающая поверхность Солнца, которая имеет зернистую структуру, называемую грануляцией. Каждое такое зерно размером почти с Германию и представляет собой поднявшийся на поверхность поток горячего вещества. На фотосфере часто можно увидеть относительно небольшие темные области — солнечные пятна. Они на 1500˚С холоднее окружающей их фотосферы, температура которой достигает 5800˚С. Из-за разницы температур с фотосферой эти пятна и кажутся при наблюдении в телескоп совершенно черными. Над фотосферой расположен следующий, более разряженный слой, называемый хромосферой, то есть окрашенной сферой. Такое название хромосфера получила благодаря своему красному цвету. И, наконец, над ней находится очень горячая, но и чрезвычайно разреженная часть солнечной атмосферы — корона.

Скорость обращения Земли вокруг Солнца

Всем известный принцип «Движение — это жизнь» особенно актуален на примере «жизни» Земли. Наша планета, как и все небесные тела, постоянно двигается. Без этого жить на ней было бы просто невозможно.

Земля одновременно обращается вокруг своей оси и вокруг Солнца. Как же так происходит? Чтобы представить этот сложный на первый взгляд процесс, нужно вспомнить движение волчка. Он оборачивается вокруг себя и одновременно передвигается по поверхности. Аналогично этому движется и Земля.

Без движения и с однобоким поворотом к солнечному светилу на одном участке была бы всегда высокая температура и все сгорело бы, превратилось в пар, а на другом — были бы сплошные ледники.

Солнце и Земля одновременно воздействуют друг на друга. Потому движение совершается по определенному маршруту — орбите. На это влияет сила притяжение Светила и скорость движения голубой планеты. Если бы это притяжение было чуть больше, а скорость Земли меньше, то последняя бы сошла с орбиты. Удивительная гармония и точность удивляет ученые умы.

Так какая же скорость обращения Земли вокруг Солнца? Этот показатель не постоянный из-за эллипсообразной орбиты нашей планеты. Средний показатель — 30 км в секунду или 107 тысяч км в час. Это умопомрачительная цифра, которую даже трудно представить. Тем не менее люди не ощущают этого сумасшедшего движения из-за того, что находятся в одной системе координат.

Опасность прямого воздействия Солнца

Солнце — наш главный источник света и тепла. Оно обеспечивает жизнь на Земле, но его прямое воздействие может быть опасным для здоровья, особенно если мы не соблюдаем правила безопасности.

Вот несколько опасностей, связанных с прямым воздействием Солнца:

1. Ожоги от солнечных лучей. Продолжительное пребывание на солнце без защиты может привести к мгновенному ожогу кожи. Ожоги могут быть очень болезненными и требуют длительного времени для заживления.
2. Повреждение глаз. Прямое солнечное излучение может повреждать глаза. Неправильное смотрение на Солнце без специальной защиты может вызвать ожог роговицы и привести к временному или даже постоянному ухудшению зрения.
3. Солнечные удары. Продолжительное пребывание на солнце без укрытия и достаточного количества воды может привести к солнечному удару. Это состояние, вызванное перегревом организма, и может быть опасным для здоровья.
4. Увядание растений. Слишком интенсивное солнечное излучение может негативно повлиять на растительный мир. Оно может вызвать пересыхание почвы и увядание растений, что может привести к сокращению урожая и проблемам в экосистеме.

Чтобы избежать опасности прямого воздействия Солнца, необходимо принимать следующие меры предосторожности:

• Используйте солнцезащитный крем с высоким уровнем защиты от УФ-лучей.
• Ограничьте время, проведенное на солнце, особенно во время пикового радиационного времени.
• Носите защитную одежду, которая покрывает большую часть тела.
• Используйте солнцезащитные очки с защитой от УФ-лучей.
• Пейте достаточное количество воды, чтобы избежать солнечного удара.

Если вы будете соблюдать эти рекомендации, вы сможете наслаждаться солнечными днями, не опасаясь для вашего здоровья!

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»

Средний диаметр	1 392 000 км
Длина экватора	4 370 000 км
Масса	1,9885•1030 кг (примерно 333 тысячи масс Земли)
Площадь поверхности	6 триллионов км²
Объем	1,41•1018 км³
Плотность	1,409 г/м³
Температура на поверхности	6000° С
Температура в центре звезды	15 700 000° С
Период вращения вокруг своей оси (на экваторе)	25,05 дней
Период вращения вокруг своей оси (на полюсах)	34,3 дня
Наклон оси вращения к эклиптике	7,25°
Минимальное расстояние до Земли	147 098 290 км
Максимальное расстояние до Земли	152 098 232 км
Вторая космическая скорость	617 км/с
Ускорение свободного падения	27,96g
Светимость (мощность излучения)	3,828•1026 Вт

Основная функция Солнца

Солнце – это звезда, которая является центром нашей солнечной системы. Оно выполняет множество важных функций, благодаря которым мы можем жить и развиваться на Земле.

1. Поддержание тепла и света:

Солнце является источником тепла и света для нашей планеты. Благодаря солнечной энергии земля прогревается, и на ней возникает тепловой баланс, необходимый для жизни растений, животных и людей. Свет Солнца помогает нам видеть окружающий мир, а тепло создает комфортные условия для существования.

2. Обеспечение рядом физических и физиологических процессов на Земле:

Солнечные лучи являются источником энергии, необходимой для процесса фотосинтеза растений. Благодаря солнечным лучам растения могут превращать углекислый газ и воду в органические вещества и кислород. Кислород, выделяемый зелеными растениями в ходе фотосинтеза, играет жизненно важную роль для существования всех организмов на Земле.

3. Создание климатических условий:

Солнце влияет на формирование климата на Земле. Солнечное излучение нагревает поверхность морей и океанов, а также воздух, что вызывает циркуляцию атмосферы и океанов. Именно благодаря Солнцу возникают ветры, течения, дожди, грозы и другие погодные явления.

4. Участие в процессе витаминозеленения:

Благодаря солнечному свету в организме человека происходит процесс синтеза витамина D, который необходим для здоровья костей, зубов и иммунной системы. Недостаток солнечного света, особенно в зимний период, может привести к различным заболеваниям.

5. Даёт возможность изучать Вселенную:

Солнце – это одна из ближайших к нам звезд во Вселенной. Изучение Солнца позволяет узнать много нового о звездах, галактиках и самой Вселенной. С помощью солнечных обсерваторий и космических аппаратов ученые получают ценную информацию о возрасте, составе и свойствах звездного мира.

Таким образом, Солнце играет огромную роль в жизни нашей планеты и является источником энергии и света для всех живых организмов на Земле.

Роль магнитных полей на Солнце

Зарождение магнитного поля Солнца происходит под верхним слоем фотосферы. Ученые считают, что именно оно влияет на все процессы, происходящие в солнечной атмосфере, включая солнечные вспышки. Если бы у небесного Светила не было бы магнитных полей, то возможно оно бы не вызывало такого интереса у человечества.

Магнитные поля влияют на образование солнечных пятен, в местах появления которых выходят магнитные петли, способные пересекать всю поверхность Светила. В области пятен магнитное поле всегда сильное, его напряжение в тысячу раз больше, чем в других областях. Это поле отклоняет заряженные частики плазмы и препятствует образованию конвекционных потоков. Именно поэтому в области пятен подъем горячего газа прекращается, что приводит к более низким температурам. В области факела магнитное поле уже не такое сильное. Оно не способно остановить вертикальные конвекционные потоки плазмы. Колебания магнитных полей оказывают прямое воздействие на цикличность солнечной активности. Протуберанцы, которые, кажется, что парят в воздухе, на самом же деле удерживаются тончайшими нитями магнитного поля.

Магнитное поле Солнца меняет не только свое направление, но и величину скорости заряженных частиц. Кроме этого оно способно создавать направленное движение плазмы. В результате этого образуются мощнейшие потоки плазмы, выбрасывающие огромные массы газа в солнечную корону. Так образуются протуберанцы.

Образование протуберанцев Источник