Температура на поверхні сонця досягає градусів. Майже ідеальна сфера

Температура поверхні Сонця визначається шляхом аналізу сонячного спектра. Відомо, що є джерелом енергії всіх природних процесів на Землі, тому вчені визначили кількісну величину нагрітості різних частин нашої зірки.

Інтенсивність випромінювання в окремих колірних частинах діапазону відповідає температурі 6000 градусів. Така температура поверхні Сонця чи фотосфери.

У зовнішніх шарах сонячної атмосфери - у хромосфері та в короні - спостерігається більш висока температура. У короні вона становить приблизно від одного до двох мільйонів градусів. Над місцями сильних спалахів температура на короткий час може сягати навіть п'ятдесяти мільйонів. Через високу нагрітість у короні над спалахом сильно зростає інтенсивність рентгенівського та радіовипромінювань.

Розрахунки нагрітості нашої зірки

Незважаючи на те, що з надр Сонця не проникає жоден фотон, ми можемо розрахувати температуру будь-якої точки в надрах зірки. більш-менш відомі вченим за розрахунками. Розрахунки показують, що що глибше проникати у надра, то вище нагрівається плазма.

Температура підвищується із 6000 у фотосфері до 13 мільйонів градусів у центрі.

Нам відомо, що чим вище нагрівається речовина, тим швидше рухаються її частинки. Так, наприклад, у фотосфері протони та атоми водню рухаються зі швидкістю близько 7 км/сек, а легкі електрони – зі швидкістю 300 км/сек. У короні та в розжареному сонячному центрі швидкість протонів становить близько 350 км/сек, а електронів – 15 000 км/сек.

Найнижча температура на Сонці спостерігається в області сонячних плям. Великі плями нагріті нижче 4000 С. Випромінювання 1 м 2 навколишньої плями білої фотосфери з 6000 градусів приблизно в 5 разів інтенсивніше випромінювання 1 м 2 самої плями. Тому плями нам здаються темними або навіть чорними.

Будь-яке тіло, що впало на Сонце, у найкоротший термін розкладеться на окремі атоми, з яких відокремлюються електрони. На зірці матерія може існувати у вигляді плазми.

Перетворення водню на гелій як термоядерна реакція

Сонце нагрівається і випромінює тепло у зв'язку з термоядерною реакцією, що протікає всередині.

Термоядерна реакція відбувається коли з легших елементів утворюються тяжкі. Це відбувається тільки при високому тиску та нагрітості. Тому реакція називається термоядерною.

Найважливішим процесом, що протікає на Сонці, є перетворення водню на гелій. Саме цей процес є джерелом усієї енергії Сонця.
Сонячне ядро ​​відрізняється великою щільністю та дуже високою температурою. Часто мають місце різкі зіткнення електронів, протонів та інших ядер. Іноді зіткнення протонів настільки стрімкі, що вони, подолавши силу електричного відштовхування, наближаються один до одного на відстань діаметра. На такій відстані починає діяти ядерна сила, внаслідок якої з'єднуються протони з виділенням енергії.

Чотири протони поступово з'єднуються в ядро ​​гелію, причому два протони перетворюються на нейтрони, два позитивні заряди звільняються у вигляді позитронів і з'являються дві непомітні нейтральні частки - нейтрино. При зустрічі з електронами обидва позитрони перетворюються на фотони гамма-випромінювання (анігіляція).

Енергія спокою атома гелію менша за енергію спокою чотирьох атомів водню.

Різниця в масах перетворюється на гамма-фотони та нейтрино. Загальна енергія всіх гамма-фотонів і двох нейтрино становить 28 МеВ. Вчені змогли отримати термоядерну енергіюсинтезом Землі створивши експериментальний реактор.
У центрі зірки відбувається величезна кількість подібних перетворень. При цьому приблизно півмільярда тонн (точніше 567 мільйонів тонн) водню перетворюється на гелій. У той же час гелію, що виник при цьому, налічується лише 562,8 мільйона тонн, тобто на 4,2 мільйона тонн менше. Саме цей збиток маси за 1 секунду перетворюється на сонячне.
Саме таку кількість енергії Сонце випромінює за секунду. Величина ця є потужністю сонячного випромінювання.

Зірки належать до гарячих об'єктів Всесвіту. Саме висока температура нашого Сонця уможливила Землі. Але причина такого сильного нагріву зірок тривалий час залишалася невідомою для людей.

Розгадка секрету високої температури зірки лежить у ній. Мається на увазі не тільки склад світила - у буквальному значенні весь розпал зірки виходить зсередини. - це гаряче серце зірки, у якому відбувається термоядерна реакція синтезу, найпотужніша з ядерних реакцій. Цей процес є джерелом енергії для всього світила – тепло з центру піднімається назовні, а потім і у відкритий космос.

Тому температура зірки сильно різниться залежно від місця виміру. Наприклад, температура в центрі нашого ядра досягає 15 мільйонів градусів Цельсія - а вже на поверхні, у фотосфері, жар спадає до 5 тисяч градусів.

Чому температура зірки така різна?

Первинне об'єднання атомів водню – перший крок процесу ядерного синтезу

Справді, відмінності у нагріванні ядра зірки та її поверхні дивують. Якби вся енергія ядра Сонця розподілиться по зірці рівномірно, температура поверхні нашого світила становитиме кілька мільйонів градусів за Цельсієм! Не менш разючі відмінності у температурі між зірками різних спектральних класів.

Справа в тому, що температуру зірки визначають два головні фактори: рівень ядром і площа випромінюючої поверхні. Розглянемо їх докладніше.

Випромінювання енергії ядром

Хоча ядро ​​розпалюється до 15 мільйонів градусів, не вся ця енергія передається сусіднім верствам. Випромінюється тільки тепло, яке було отримано від термоядерної реакції. Енергія, незважаючи на свою міць, залишається в межах ядра. Відповідно, температуру верхніх шарів зірки визначає лише сила термоядерних реакцій у ядрі.

Відмінності тут можуть бути якісні та кількісні. Якщо ядро ​​досить велике, у ньому «згоряє» більше водню. Цим шляхом енергію одержують молоді та зрілі зірки розмірів Сонця, а також блакитні гіганти та надгіганти. Масивні зірки на зразок червоних гігантів витрачають у ядерній «топці» не лише водень, а й гелій, або навіть вуглець та кисень.

Процеси синтезу з ядрами важких елементів дають набагато більше енергії. В рамках термоядерної реакції синтезу, енергія виходить за рахунок надлишкової маси атомів, що з'єднуються. Під час, що відбувається всередині Сонця, 6 ядер водню з атомною масою 1 об'єднуються в одне ядро ​​гелію з масою 4- грубо кажучи, 2 зайві ядра водню переходять в енергію. А коли «горить» вуглець, стикаються ядра з масою вже 12 – відповідно, вихід енергії значно більше.

Площа випромінюючої поверхні

Однак зірки не лише генерують енергію, а й витрачають її. Отже, що більше енергії зірка віддає, то менше її температура. А кількість енергії, що віддається, першочергово визначає площу випромінюваної поверхні.

Істинність цього правила можна перевірити навіть у побуті - білизна сохне швидше, якщо її розвісити ширше на мотузці. А поверхня зірки розширює її ядро. Чим воно щільніше, тим вище його температура - і при досягненні певної планки від запалу запалюється водень поза зірковим ядром.

Сонце - центр нашої Сонячної системи, представляє особливу газову кулю, в центрі якої, в ході термоядерних реакцій перетворення водню на гелій виробляється тепло. Енергія, що вивільняється, залишає Сонце через видиму нам поверхню — турбулентну фотосферу. Температура поверхні Сонця відмінна в різних областях та шарах. Температура верхніх шарів 5800 градусів Цельсія, температура сонячної корони - 1500000 градусів Цельсія, температура ядра - 13500000 градусів Цельсія. Над поверхнею Сонця існує складна атмосфера, яка складається з фотосфери, хромосфери, корони та сонячного вітру.

Хоча стародавні китайці зафіксували темні утворення на Сонці ще 2 тис. років тому, тільки Галілей зрозумів, що ці плями переміщаються поверхнею Сонця в міру його обертання і зникають. У 1828 р. Генріх Швабе з Дессау (Німеччина) шукав гіпотетичну планету Вулкан, яка, як він припускав, могла існувати між Сонцем та Землею. Однак натомість він виявив, що кількість сонячних плям періодично зростає і зменшується. У середньому цикл сонячної активності, який визначається за кількістю сонячних плям, становить 11 років. На Землі вказівником циклу сонячної активності є річні кільця дерев.

Типова сонячна пляма складається з темної тіні, оточеної світлішою півтінню, хоча нерідко півтінь оточує не одну тінь. Плями виникають при посиленні магнітного поля, що пригнічує потік енергії назовні. Насправді сонячні плями не такі темні. Тінь на 2000 градусів Цельсія холодніша, ніж фотосфера, і здається темною на тлі яскравіших сусідніх областей.

Сонячні плями можуть мати різну форму та розміри, часто утворюючи групи. Велика група може мати 100 тис. км у поперечнику, що у 8 разів більше за діаметр Землі! Навіть набагато менші сонячні плями легко виявити невеликий телескоп. При спостереженнях сонячної активності необхідно пам'ятати про техніку безпеки.

Будова Сонця. Детальна схема

З обертанням Сонця групи сонячних плям переміщуються з одного краю диска на інший приблизно за 10 діб. Спостерігати сонячні плями, мабуть, не менш цікаво, ніж нічне небо. За іронією, проблема спостережень у денний час пов'язана із самим Сонцем. Воно нагріває землю та повітря, викликаючи турбулентні потоки і тим самим погіршує якість зображення порівняно з нічними умовами.

На відео, високому дозволі, в різних режимах зйомки, можна подивитися, як виглядає Сонце, а також побачити процеси, що відбуваються на поверхні:

У космічному просторі багато дрібних та великих зірок. І якщо говорити про жителів Землі, то найголовнішою зіркою для них є Сонце. Воно складається на 70% з водню і на 28% з гелію, частку металів припадає менше 2%.

Якби не Сонце, можливо, не було б життя на землі. Наші пращури знали, як сильно їхній побут і життя залежить від небесного світила, поклонялися і обожнювали його. Сонце греки називали Геліос, а римляни називали його Сіль.

Сонце дуже впливає на наше життя. Це величезний стимул до вивчення того, як відбуваються зміни всередині цієї "вогняної кулі", і як ці зміни можуть впливати на нас зараз та в майбутньому. Численні наукові дослідження дають можливість зазирнути у далеке минуле планети. Сонцю близько 5 мільярдів років. Через 4 мільярди років воно світитиме набагато яскравіше, ніж зараз. Окрім збільшення світності та розмірів протягом багатьох мільярдів років, Сонце змінюється і за короткі проміжки часу.

Відомий такий період зміни як сонячний цикл, в моменти якого, спостерігаються мінімуми і максимуми. Завдяки спостереженням протягом кількох десятків років встановлено, що збільшення світлової активності та розмірів Сонця, що почалося в далекому минулому, існує і зараз. Останні кілька циклів світлова активність зросла приблизно 0,1 %. Ці зміни, будь вони швидкі чи поступові, безумовно, мають величезний вплив на землян. Однак механізми цього впливу вивчені ще далеко не в повному обсязі.

Температура Сонця у центрі зірки дуже висока, близько 14 мільярдів градусів. У ядрі планети відбуваються термоядерні реакції, тобто. реакції поділу водневих ядер під тиском, у результаті виділяється одне ядро ​​гелію і дуже багато енергії. З поглибленням усередину температура Сонця має швидко зростати. Визначити її можна лише теоретично.

Температура Сонця у градусах становить:

• температура корони – 1500000 градусів;
• температура ядра – 13500000 градусів;
• температура Сонця за Цельсієм на поверхні – 5726 градусів.

Величезну кількість вчених із різних країн проводять дослідження будови Сонця, намагаються відтворити процес термоядерного синтезу у земних лабораторіях. Це робиться з метою, щоб дізнатися, як поводиться плазма у реальних умовах, щоб повторити ці умови Землі. Сонце, насправді, величезна природна лабораторія.

Атмосфера Сонця завтовшки близько 500 км називається фотосферою. Завдяки конвекційним процесам в атмосфері планети потоки тепла із низьких шарів переміщуються у фотосферу. Сонце обертається, але не так, як Земля, Марс ... Сонце в основі своєї нетверде тіло.

Аналогічні ефекти обертання Сонця спостерігаються у газових планет. На відміну від Землі, шари Сонце мають різні швидкості обертання. Найшвидше обертається екватор, обертання в один оборот виконується приблизно за 25 днів. При віддаленні від екватора швидкість обертання знижується і десь на полюсах Сонця обертання займає приблизно 36 днів. Потужність Сонця становить близько 386 мільярдів мегават. Кожну частку секунди близько 700 млн. тонн водню стають 695 млн. тонн гелію і 5 млн. тонн енергії у вигляді гамма-променів. Завдяки тому, що температура Сонця така висока, успішно йде реакція переходу водню в гелій.

Сонце також випромінює потік низької щільності заряджених частинок (в основному, це протони та електрони). Цей потік називається сонячним вітром, який поширюється на всій сонячній системі зі швидкістю близько 450 км/сек. Потоки безперервно течуть від Сонця до космосу, відповідно, й у бік Землі. Сонячний вітер несе смертельну загрозу для всього життя на нашій планеті. Може мати драматичні наслідки для Землі: від стрибків лінії електропередач, радіоперешкод до гарних полярних сяйв. Якби на нашій планеті не існувало магнітного поля, життя припинилося б за лічені секунди. Магнітне поле створює непрохідний бар'єр для заряджених швидких частинок сонячного вітру. У районах північного полюса магнітне поле спрямоване всередину Землі, через що прискорені частинки сонячного вітру проникають набагато ближче до нашої планети. Тому на північному полюсі ми спостерігаємо полярні Сонячний вітер також може викликати небезпеку, взаємодіючи із земною магнітосферою. Це називається сильний вплив на здоров'я людей. Особливо ці реакції помітні у людей похилого віку.

Сонячний вітер – це ще не все, чим може зашкодити нам Сонце. Велику небезпеку становлять часто відбуваються на поверхні світила. Спалахи випромінюють величезну кількість ультрафіолетового та рентгенівського випромінювання, яке спрямоване у бік Землі. Ці випромінювання цілком здатна поглинути земна атмосфера, але вони несуть у собі велику небезпеку всім об'єктів, що у космосі. Випромінювання можуть завдати шкоди штучним супутникам, станціям та іншій космічній техніці. Також випромінювання несприятливо впливає здоров'я космонавтів, які у космічному просторі.

З моменту появи Сонце вже використало близько половини водню в ядрі, і продовжуватиме випромінювати ще протягом 5 мільярдів років, поступово збільшуючись у розмірах. Через цей проміжок часу водень, що залишився, в ядрі зірки повністю буде вичерпаний. На цей час Сонце досягне своїх максимальних розмірів і збільшиться в діаметрі приблизно в 3 рази (порівняно з нинішньою величиною). Воно нагадуватиме червону гігантську частину планет, близько розташованих до Сонця, згорять у його атмосфері. До них увійде і Земля. На той час людству доведеться знайти собі нову планету для проживання. Після чого температура Сонця почне падати і, охолонувши, воно перетвориться згодом на Однак це вся справа дуже далекого майбутнього...

Чутки про швидкий кінець виявилися дещо перебільшеними

У 2005 році астрофізик Пірс Ван дер Меєр виступив із сенсаційною заявою. За його словами, останнім століттям температура Сонця постійно зростає. Такий процес, як правило, спостерігається перед метаморфозою звичайної зірки у наднову. Таким чином, вчений пророкував через шість років неминучий вибух Сонця і, як наслідок, загибель всього живого на Землі. Але зафіксовані НАСА протуберанці не свідчили про жодні серйозні зміни на нашій зірці, а глобальне потепління минулого століття пов'язане з парниковим ефектом, «побічним продуктом» людської діяльності. Таким чином, звістка про «Судний день» виявилася дещо передчасною.

Яка ж насправді температура Сонця?

Це питання хвилювало вчених ще багато століть тому. Безперечно, наше світило дуже гаряче, адже воно дарує тепло, перебуваючи за багато тисяч кілометрів від Землі. Але лише у ХХ столітті астрофізикам вдалося підрахувати його більш-менш точну температуру. Виявилося, вона залежить від близькості до ядра небесного тіла. У його середині вона становить цілих п'ятнадцять з половиною мільйонів градусів за Цельсієм (або 27 млн ​​градусів за Фаренгейтом). Верхній шар гелієво-водневої атмосфери зірки розпечений до мільйона градусів, а на поверхні температура Сонця за Цельсієм становить 5515 градусів.

Звідки ми це знаємо?

Звичайно, ще жоден космонавт або керований із Землі корабель не літав на наше світило з градусником. Однак температура Сонця в градусах може бути лабораторно обчислена спектральним випромінюванням. Зірка бачиться нам жовтою. Якби вона була гаряча, ми називали б наше сонечко блакитним… Хоча навряд чи було б кому його називати, адже виникнення білкового життя на Землі за таких спопеляючих температур було б неможливим. Якби центр нашої зіркової системи був холоднішим, він уявлявся б червонуватим. Вивчаючи випромінювання світила через колірний спектр, вчені з'ясували наступне: найнижча температура на поверхні зірки, а глибше до ядра жар більше.

У яких одиницях вимірюється температура Сонця?

У побуті ми користуємося двома системами вимірювання температури: за Цельсієм (у європейських країнах) та за Фаренгейтом (в Америці). Але астрофізики користуються іншою метричною системою - за Кельвіном. Останню шкалу та систему Цельсія легко зіставити. Адже у них лише нуль не збігається. Цельсій взяв за точку відліку температуру замерзання води, а Кельвін – абсолютний нуль. Він становить мінус 273 градуси, саме такий холод панує у безповітряному просторі Космосу. Таким чином, температура Сонця, що вимірюється за науковою шкалою, дорівнює 5800 градусів Кельвіна на поверхні, а в ядрі - 15 500 273 К. Чи змінюватимуться ці показники з часом? Безперечно! Усі зірки – і Сонце не виняток – колись народжуються, набирають у масі, перетворюючись на червоний гігант. А потім починається старіння: спочатку небесне тіло стає білим карликом (представляючи одне ядро, без корони), потім чорним карликом, доки вибухне Надновою зіркою. Але нашому світилу, за підрахунками серйозних учених, лишилося ще гріти людство близько п'яти мільярдів років.