Солнце

Чтобы узнать о других значениях, см. Солнце (значения) и Солнце (значения) .

Солнце

Солнце, снятое через прозрачный солнечный фильтр.
Имена	Солнце, Почва , Соль , Гелиос
Прилагательные	Солнечная
Символ
Данные наблюдений
Среднее расстояние от Земли	1 АЕ 149 600 000 км 93 000 000 миль 8 мин 19 с, скорость света
Визуальная яркость	−26.74 ( V )
Абсолютная величина	4.83
Спектральная классификация	Г2В
Металличность	Z = 0,0122
Угловой размер	0.527–0.545°
Орбитальные характеристики
Среднее расстояние от Млечного Пути ядра	От 24 000 до 28 000 световых лет
Галактический период	225–250 миллионов лет
Скорость	251 км/с (156 миль/с) орбита Галактического центра 20 км/с (12 миль/с) в звездный район 370 км/с (230 миль/с) фону космическому микроволновому
Наклон	7,25° ( эклиптика ) 67,23° ( галактическая плоскость )
Прямое восхождение Северный полюс	286.13° (286° 7′ 48″)
Склонение Северного полюса	+63,87 ° (63 ° 52 '12 дюймов с.ш.)
Сидерический период вращения	25,05 суток (экватор) 34,4 дня (полюса)
Экваториальная скорость вращения	1997 км/с
Физические характеристики
Экваториальный радиус	696 300 км 432 700 миль 109 × радиусы Земли
Сглаживание	0.00005
Площадь поверхности	6.09 × 10 ^ 12 км 2 2.35 × 10 ^ 12 кв. миль 12 000 × Земля
Объем	1.412 × 10 18 км 3 1 300 000 × Земля
Масса	1.9885 × 10 30 кг 4.3839 × 10 30 фунт 332 950 Земель
Средняя плотность	1,408 г/см 3 0,0509 фунта/куб. дюйм 0,255 × Земля
Возраст	4,6 миллиарда лет
Экваториальная поверхностная гравитация	274 м/с 2 900 футов/с 2 27,9 г 0
Коэффициент момента инерции	≈ 0.070
поверхности Скорость отрыва от	617,7 км/с 55 × Земля
Температура	15 700 000 К (в центре) 5772 К ( фотосфера ) 5 000 000 К ( корона )
Яркость	3.828 × 10 26  В 3.75 × 10 28  лм 98 лм/Вт эффективность
Цвет (БВ)	0.656
Среднее сияние	2.009 × 10 7 Вт·м −2 ·ср −1
Состав фотосферы по массе	73,46% водорода 24,85% гелий 0,77% кислорода 0,29% углерода 0,16% железа 0,12% неона 0,09% азота 0,07% кремния 0,05% магния 0,04% серы

Солнце – звезда . центре Солнечной системы в Это массивная, почти идеальная сфера из горячей плазмы . нагрет до накала в результате реакций ядерного синтеза в своем ядре, излучая энергию со своей поверхности в основном в виде видимого света и инфракрасного излучения с 10% ультрафиолетовых энергий. Это, безусловно, самый важный источник энергии для жизни на Земле . Солнце было объектом почитания во многих культурах. Это было центральным предметом астрономических исследований с древних времен .

Солнце вращается вокруг Галактического центра на расстоянии от 24 000 до 28 000 световых лет . От Земли это 1 а.е. ( 1,496 × 10 ⁸ км ) или примерно в 8 световых минутах от нас. Его диаметр составляет около 1 391 400 км ( 864 600 миль ), что в 109 раз больше диаметра Земли. Его масса примерно в 330 000 раз больше массы Земли, что составляет около 99,86% от общей массы Солнечной системы. Солнца Примерно три четверти массы состоит из водорода (~ 73%); остальное — в основном гелий (~25%) с гораздо меньшим количеством более тяжелых элементов, включая кислород , углерод , неон и железо .

Солнце — звезда главной последовательности G-типа (G2V), неофициально называемая желтым карликом , хотя на самом деле ее свет белый. Оно составило примерно 4,6 млрд. лет назад в результате гравитационного коллапса материи в области большого молекулярного облака . Большая часть этой материи собралась в центре, тогда как остальная часть сплюснулась в орбитальный диск, который стал Солнечной системой . Центральная масса стала настолько горячей и плотной, что в конечном итоге начался ядерный синтез в ее ядре .

Каждую секунду ядро ​​Солнца превращает около 600 миллиардов килограммов (кг) водорода в гелий и преобразует 4 миллиарда кг вещества в энергию . В далеком будущем, когда синтез водорода в ядре Солнца уменьшится до такой степени, что Солнце больше не будет находиться в гидростатическом равновесии , его ядро ​​претерпит заметное увеличение плотности и температуры, что приведет к расширению его внешних слоев, что в конечном итоге приведет к трансформации Солнца. в красного гиганта . Этот процесс сделает Солнце достаточно большим, чтобы сделать Землю непригодной для жизни примерно через пять миллиардов лет. Впоследствии Солнце сбросит свои внешние слои и станет плотным типом остывающей звезды ( белым карликом ) и больше не будет производить энергию путем термоядерного синтеза, но оно все равно будет светиться и выделять тепло от предыдущего слияния в течение триллионов лет. Предполагается, что после этого он станет сверхплотным черным карликом , больше не выделяя энергии.

Этимология

Английское слово sun произошло от древнеанглийского sunne . Родственные слова появляются и в других германских языках , включая западно-фризский sinne , голландский zon , нижненемецкий Sünn , стандартный немецкий Sonne , баварскую сунну , древнескандинавскую сунну и готский сунно . Все эти слова происходят от прагерманского * sunnōn . В конечном итоге это связано со словом, обозначающим солнце, в других ветвях индоевропейской языковой семьи, хотя в большинстве случаев именительная основа с буквой l встречается , а не основа родительного падежа с буквой n , как, например, в латинском sōl , древнегреческом языке. ἥλιος ( hēlios ), валлийский haul и чешский slunce , а также (с *l > r ) санскритский स्वर ( svár ) и персидский خور ( xvar ). Действительно, основа l сохранилась и в протогерманском языке, как * sōwelan , который дал начало готскому sauil (наряду с сунно ) и древнескандинавскому прозаическому sol (наряду с поэтической сунной ), а через него и словам, обозначающим солнце в современном скандинавском языке. языки: шведский и датский соль , исландский соль и т. д.

Основные прилагательные к Солнцу на английском языке — солнечный, обозначающий солнечный свет, и, в техническом контексте, солнечный ( / ˈ s oʊ l ər / ), от латинского sol — последнее встречается в таких терминах, как солнечный день , солнечное затмение и Солнечная система . От греческого «гелиос» происходит редкое прилагательное «гелиак» ( / ˈ h iː l i æ k / ). В английском языке греческие и латинские слова встречаются в поэзии как олицетворения Солнца, Гелиоса ( / ˈ h iː l i ə s / ) и Солнца ( / ˈ s ɒ l / ), в то время как в научной фантастике Солнце можно использовать, чтобы отличить Солнце от других звезд. Термин «сол» с маленькой буквы «s» используется планетарными астрономами для обозначения продолжительности солнечного дня на другой планете, например на Марсе .

Английское название дня недели « воскресенье» происходит от древнеанглийского Sunnandæg «день солнца», германской интерпретации латинской фразы diēs solis , которая сама по себе является переводом древнегреческого ἡμέρα ἡλίου ( hēmera hēliou ) «день солнца». Астрономический символ Солнца — круг с точкой в ​​центре. . Он используется для таких единиц, как M _☉ ( Масса Солнца ), R _☉ ( Радиус Солнца ) и L _☉ ( Светимость Солнца ).

Общие характеристики

Солнце — звезда главной последовательности G-типа , составляющая около 99,86% массы Солнечной системы. Она имеет абсолютную величину +4,83 и, по оценкам, ярче примерно 85% звезд Млечного Пути , большинство из которых являются красными карликами . Солнце — это Население I , или богатое тяжелыми элементами, звезда. Его формирование могло быть вызвано ударными волнами от одной или нескольких близлежащих сверхновых . Об этом свидетельствует высокое содержание тяжелых элементов в Солнечной системе, таких как золото и уран , по сравнению с содержанием этих элементов в так называемой Популяции II , бедной тяжелыми элементами, звездах. Наиболее вероятно, что тяжелые элементы могли быть произведены в результате эндотермических ядерных реакций во время вспышки сверхновой или в результате трансмутации путем поглощения нейтронов внутри массивной звезды второго поколения.

Солнце — безусловно, самый яркий объект на небе Земли , с видимой величиной −26,74. Это примерно в 13 миллиардов раз ярче, чем следующая по яркости звезда Сириус , видимая величина которой составляет -1,46.

Одна астрономическая единица (около 150 миллионов километров; 93 миллиона миль) определяется как среднее расстояние между центрами Солнца и Земли. Мгновенное расстояние варьируется примерно на ± 2,5 миллиона км или 1,55 миллиона миль по мере того, как Земля движется от перигелия примерно 3 января к афелию примерно 4 июля. На своем среднем расстоянии свет проходит от горизонта Солнца до горизонта Земли примерно за 8 минут 20 секунд. тогда как свет от ближайших точек Солнца и Земли занимает примерно на две секунды меньше. Энергия этого солнечного света поддерживает практически все живое на Земле путем фотосинтеза , и определяет Земли . климат и погоду

Солнце не имеет определенной границы, но его плотность убывает экспоненциально с увеличением высоты над фотосферой . Для целей измерения радиус Солнца считается расстоянием от его центра до края фотосферы, видимой видимой поверхности Солнца. По этим меркам Солнце представляет собой почти идеальную сферу, сжатие которой оценивается в 9 миллионных. это означает, что его полярный диаметр отличается от экваториального диаметра всего на 10 километров (6,2 мили). Приливное воздействие планет слабое и существенно не влияет на форму Солнца.

Вращение

Основная статья: Солнечное вращение

Солнце вращается быстрее на экваторе, чем на полюсах . Это дифференциальное вращение вызвано конвективным движением из-за переноса тепла и силой Кориолиса из-за вращения Солнца. В системе отсчета, определяемой звездами, период вращения составляет примерно 25,6 суток на экваторе и 33,5 суток на полюсах. Если смотреть с Земли, когда оно вращается вокруг Солнца, видимый период вращения Солнца на экваторе составляет около 28 дней. Если смотреть с точки зрения над северным полюсом, Солнце вращается против часовой стрелки вокруг своей оси вращения.

Обзор солнечных аналогов показывает, что раннее Солнце вращалось в десять раз быстрее, чем сегодня. Это сделало бы поверхность намного более активной, с большим рентгеновским и УФ-излучением. Солнечные пятна покрывали бы 5–30% поверхности. Скорость вращения постепенно замедлялась магнитным торможением , поскольку магнитное поле Солнца взаимодействовало с исходящим солнечным ветром. Следы этого быстрого изначального вращения все еще сохранились в ядре Солнца, которое, как было обнаружено, вращается со скоростью один раз в неделю; в четыре раза превышает среднюю скорость вращения поверхности.

Состав

См. Также: Молекулы в звездах.

Солнце состоит в основном из элементов водорода и гелия . В этот период жизни Солнца на их долю приходится соответственно 74,9% и 23,8% массы Солнца в фотосфере. Все более тяжелые элементы, называемые в астрономии металлами , составляют менее 2% массы, при этом кислород (примерно 1% массы Солнца), углерод (0,3%), неон (0,2%) и железо (0,2%) составляют самый обильный.

Первоначальный химический состав Солнца был унаследован от межзвездной среды , из которой оно образовалось. Первоначально это должно было состоять примерно из 71,1% водорода, 27,4% гелия и 1,5% более тяжелых элементов. Водород и большая часть гелия на Солнце должны были быть произведены в результате нуклеосинтеза Большого взрыва в первые 20 минут существования Вселенной, а более тяжелые элементы были произведены предыдущими поколениями звезд до образования Солнца и распространились в межзвездную среду. на заключительных стадиях звездной жизни и в результате таких событий, как сверхновые .

С момента образования Солнца основной процесс термоядерного синтеза включал превращение водорода в гелий. За последние 4,6 миллиарда лет количество гелия и его расположение внутри Солнца постепенно менялось. Доля гелия в ядре увеличилась примерно с 24% до примерно 60% из-за термоядерного синтеза, а часть гелия и тяжелых элементов переместилась из фотосферы к центру Солнца из-за гравитации . Пропорции более тяжелых элементов не изменяются. Тепло передается от ядра Солнца за счет излучения, а не за счет конвекции (см. Радиационную зону ниже), поэтому продукты термоядерного синтеза не поднимаются наружу под действием тепла; они остаются в ядре, и постепенно начало формироваться внутреннее ядро ​​гелия, которое невозможно расплавить, потому что в настоящее время ядро ​​Солнца недостаточно горячо и плотно, чтобы плавить гелий. В современной фотосфере доля гелия уменьшена, а металличность составляет всего 84% от той, которая была в протозвездной фазе (до начала ядерного синтеза в ядре). В будущем гелий продолжит накапливаться в ядре, и примерно через 5 миллиардов лет это постепенное накопление в конечном итоге приведет к тому, что Солнце выйдет из главной последовательности и станет красным гигантом .

Химический состав фотосферы обычно считается типичным для состава первичной Солнечной системы. Обычно описанные выше содержания тяжелых элементов на Солнце измеряются как с помощью спектроскопии фотосферы Солнца, так и путем измерения содержания в метеоритах , которые никогда не нагревались до температур плавления. Считается, что эти метеориты сохраняют состав протозвездного Солнца и поэтому не подвергаются воздействию тяжелых элементов. Оба метода в целом хорошо согласуются друг с другом.

Структура и слияние

Основная статья: Стандартная солнечная модель

Иллюстрация строения Солнца, в искусственных цветах для контраста.

Основной

Основная статья: Солнечное ядро

Ядро Солнца простирается от центра примерно на 20–25% солнечного радиуса. Имеет плотность до 150 г/см. ³ (примерно в 150 раз превышает плотность воды) и температуру около 15,7 миллионов кельвинов (К). Напротив, температура поверхности Солнца составляет около 5800 К. Недавний анализ данных миссии SOHO свидетельствует в пользу более высокой скорости вращения в ядре, чем в радиационной зоне выше. На протяжении большей части жизни Солнца энергия производилась путем ядерного синтеза в центральной области посредством протон-протонной цепи ; этот процесс превращает водород в гелий. В настоящее время только 0,8% энергии, вырабатываемой на Солнце, поступает в результате другой последовательности термоядерных реакций, называемой циклом CNO , хотя ожидается, что эта доля будет увеличиваться по мере того, как Солнце становится старше и ярче.

Ядро — единственная область Солнца, которая производит заметное количество тепловой энергии посредством термоядерного синтеза; 99% энергии генерируется в пределах 24% радиуса Солнца, а на 30% радиуса термоядерный синтез почти полностью прекратился. Остальная часть Солнца нагревается этой энергией, поскольку она передается наружу через множество последовательных слоев и, наконец, в солнечную фотосферу, где она уходит в космос посредством излучения (фотонов) или адвекции (массивные частицы).

Иллюстрация протон-протонной реакционной цепи, из водорода образующей дейтерий , гелий-3 и обычный гелий-4.

Протон-протонная цепочка возникает около 9,2 × 10 ³⁷ раз каждую секунду в ядре, конвертируя примерно 3,7 × 10 ³⁸ протоны на альфа-частицы (ядра гелия) каждую секунду (из общего числа ~8,9 × 10 ⁵⁶ свободных протонов на Солнце), или около 6,2 × 10 ¹¹ кг/с . Однако каждому протону (в среднем) требуется около 9 миллиардов лет, чтобы слиться с другим по цепочке PP. При слиянии четырех свободных протонов (ядер водорода) в одну альфа-частицу (ядро гелия) высвобождается около 0,7% слитой массы в виде энергии. таким образом, Солнце выделяет энергию со скоростью преобразования массы в энергию 4,26 миллиарда кг/с (для чего требуется 600 миллиардов кг водорода). ), для 384,6 йоттаватт ( 3,846 × 10 ²⁶ В ), или 9,192 × 10 ¹⁰  мегатонны тротила в секунду. Большая выходная мощность Солнца обусловлена ​​главным образом огромным размером и плотностью его ядра (по сравнению с Землей и объектами на Земле), при этом на кубический метр вырабатывается лишь довольно небольшое количество энергии . Теоретические модели внутренней части Солнца указывают на максимальную плотность мощности или производство энергии примерно 276,5 Вт на кубический метр в центре ядра. что, по мнению Карла Крузельницкого , имеет примерно такую ​​же плотность мощности внутри компостной кучи .

Скорость термоядерного синтеза в ядре находится в самокорректирующемся равновесии: немного более высокая скорость термоядерного синтеза приведет к большему нагреву ядра и небольшому расширению под действием веса внешних слоев, что снизит плотность и, следовательно, скорость термоядерного синтеза и скорректирует возмущение ; а немного более низкая скорость приведет к тому, что ядро ​​остынет и слегка сожмется, увеличив плотность и скорость синтеза, а затем снова вернув его к нынешней скорости.

Радиационная зона

Основная статья: Радиационная зона

Иллюстрация внутренней структуры различных звезд в зависимости от массы. Солнце посередине имеет внутреннюю излучающую зону и внешнюю конвективную зону.

Радиационная зона представляет собой самый толстый слой Солнца, равный 0,45 солнечного радиуса. От ядра до 0,7 радиуса Солнца является тепловое излучение основным средством передачи энергии. С увеличением расстояния от ядра температура падает примерно с 7 миллионов до 2 миллионов Кельвинов. Этот температурный градиент меньше значения адиабатического градиента и, следовательно, не может вызывать конвекцию, что объясняет, почему передача энергии через эту зону осуществляется излучением , а не тепловой конвекцией. Ионы водорода и гелия испускают фотоны, которые проходят лишь небольшое расстояние, прежде чем снова поглощаются другими ионами. Плотность падает в сто раз (с 20 000 кг/м ³ до 200 кг/м ³ ) между 0,25 и 0,7 радиуса Солнца, верх радиационной зоны.

Тахоклин

Основная статья: Тахоклин

Радиационная зона и конвективная зона разделены переходным слоем — тахоклином . Это область, где резкая смена режима между равномерным вращением радиационной зоны и дифференциальным вращением конвекционной зоны приводит к большому сдвигу между ними — состоянию, при котором последовательные горизонтальные слои скользят мимо друг друга. В настоящее время предполагается, что магнитное динамо, или солнечное динамо Солнца , внутри этого слоя генерирует магнитное поле .

Конвективная зона

Основная статья: Зона конвекции

Зона конвекции Солнца простирается от 0,7 солнечного радиуса (500 000 км) до поверхности. В этом слое солнечная плазма недостаточно плотная и горячая, чтобы передавать тепловую энергию изнутри наружу посредством излучения. Вместо этого плотность плазмы достаточно низка, чтобы позволить развиваться конвективным потокам и перемещать энергию Солнца наружу, к его поверхности. Материал, нагретый на тахоклине, поглощает тепло и расширяется, тем самым уменьшая свою плотность и позволяя ей подняться. В результате упорядоченное движение массы превращается в тепловые ячейки, которые переносят большую часть тепла наружу, в фотосферу Солнца. Как только материал диффузионно и радиационно охлаждается непосредственно под поверхностью фотосферы, его плотность увеличивается, и он опускается к основанию конвекционной зоны, где он снова забирает тепло от верхней части радиационной зоны, и конвективный цикл продолжается. В фотосфере температура упала в 350 раз до 5700 К (9800 °F), а плотность - всего до 0,2 г/м. ³ (около 1/10 000 плотности воздуха на уровне моря и 1 миллионной плотности внутреннего слоя конвективной зоны).

Термические столбы конвекционной зоны образуют отпечаток на поверхности Солнца, придавая ему зернистый вид, называемый солнечной грануляцией в наименьшем масштабе и супергрануляцией в более крупных масштабах. Турбулентная конвекция во внешней части внутренней части Солнца поддерживает «мелкомасштабное» динамо-действие над приповерхностным объемом Солнца. Тепловые столбы Солнца представляют собой ячейки Бенара и имеют форму примерно шестиугольных призм.

Фотосфера

Основная статья: Фотосфера

Изображение клеточных поверхностных структур Солнца

Видимая поверхность Солнца, фотосфера, представляет собой слой, ниже которого Солнце становится непрозрачным для видимого света. Фотоны, образующиеся в этом слое, покидают Солнце через прозрачную солнечную атмосферу над ним и становятся солнечным излучением, солнечным светом. Изменение непрозрачности связано с уменьшением количества H. ⁻ ионы , которые легко поглощают видимый свет. И наоборот, видимый нами видимый свет возникает, когда электроны реагируют с атомами водорода с образованием H. ⁻ ионы.

Фотосфера имеет толщину от десятков до сотен километров и немного менее непрозрачна, чем воздух на Земле. Поскольку верхняя часть фотосферы холоднее нижней, изображение Солнца в центре кажется ярче, чем на краю или краю солнечного диска. Это явление известно как затемнение края. Спектр солнечного света примерно похож на спектр черного тела , излучающего температуру 5777 К (9939 ° F), с вкраплениями линий атомного поглощения из тонких слоев над фотосферой. Фотосфера имеет плотность частиц ~10 ²³ м ⁻³ (около 0,37% количества частиц в объеме земной атмосферы на уровне моря). Фотосфера ионизована не полностью — степень ионизации составляет около 3%, при этом почти весь водород остается в атомарной форме.

Атмосфера

Основная статья: Звездная атмосфера

Атмосфера Солнца состоит из четырех частей: фотосферы (видимой в нормальных условиях), хромосферы , переходной области , короны и гелиосферы . Во время полного солнечного затмения фотосфера блокируется, и корона становится видимой.

Самый холодный слой Солнца — это область минимума температуры, простирающаяся примерно на км над фотосферой и имеющая температуру около 4100 К. 500 Эта часть Солнца достаточно холодная, чтобы позволить существование простых молекул, таких как окись углерода и вода, которые можно обнаружить по их спектрам поглощения. Хромосфера, переходная область и корона намного горячее поверхности Солнца. Причина не совсем понятна, но данные свидетельствуют о том, что альфвеновские волны могут иметь достаточно энергии, чтобы нагреть корону.

Переходная область Солнца, снятая . солнечным оптическим телескопом Hinode

Выше слоя температурного минимума находится слой толщиной около 2000 км , в котором преобладает спектр линий излучения и поглощения. Ее называют хромосферой от греческого корня chroma , что означает цвет, поскольку хромосфера видна как цветная вспышка в начале и конце полных солнечных затмений. Температура хромосферы постепенно увеличивается с высотой, достигая примерно 20 000 К у вершины. В верхней части хромосферы гелий частично ионизируется .

Над хромосферой, в тонкой (около 200 км ) переходной области, температура быстро возрастает от примерно 20 000 К в верхней хромосфере до корональных температур, близких к 000 000 К. 1 Повышению температуры способствует полная ионизация гелия в переходной области, что существенно снижает радиационное охлаждение плазмы. Переходная область не находится на четко определенной высоте. Скорее, он образует своего рода нимб вокруг хромосферных элементов, таких как спикулы и нити , и находится в постоянном хаотическом движении. Переходную область нелегко увидеть с поверхности Земли, но ее легко наблюдать из космоса с помощью приборов, чувствительных к крайней ультрафиолетовой части спектра .

Во время солнечного затмения солнечную корону можно увидеть невооруженным глазом во время полного затмения.

Корона — следующий слой Солнца. Низкая корона вблизи поверхности Солнца имеет плотность частиц около 10 ¹⁵ м ⁻³ до 10 ¹⁶ м ⁻³ . Средняя температура короны и солнечного ветра составляет около 1 000 000–2 000 000 К; однако в наиболее жарких регионах она составляет 8 000 000–20 000 000 К. Хотя полной теории, объясняющей температуру короны, пока не существует, известно, что по крайней мере часть ее тепла возникает в результате магнитного пересоединения . Корона — это расширенная атмосфера Солнца, объем которой значительно превышает объем фотосферы Солнца. Поток плазмы от Солнца в межпланетное пространство — это солнечный ветер .

Гелиосфера, разреженная внешняя атмосфера Солнца, заполнена плазмой солнечного ветра. Этот самый внешний слой Солнца определяется как начало на расстоянии, где поток солнечного ветра становится суперальвеновским , то есть где поток становится быстрее, чем скорость альфвеновских волн. примерно на 20 солнечных радиусах ( 0,1 а.е. ). Турбулентность и динамические силы в гелиосфере не могут повлиять на форму солнечной короны внутри нее, потому что информация может распространяться только со скоростью альфвеновских волн. Солнечный ветер непрерывно распространяется через гелиосферу. придавая солнечному магнитному полю спиральную форму, пока не достигнет гелиопаузы на расстоянии более 50 а.е. от Солнца. В декабре 2004 года зонд «Вояджер-1» прошел через ударный фронт, который, как полагают, является частью гелиопаузы. В конце 2012 года «Вояджер-1» зафиксировал заметное увеличение количества столкновений космических лучей и резкое падение количества частиц с более низкой энергией от солнечного ветра, что позволило предположить, что зонд прошел через гелиопаузу и вошел в межзвездную среду . и действительно сделал это 25 августа 2012 года на расстоянии примерно 122 астрономических единиц (18 Тм) от Солнца. Гелиосфера имеет гелиохвост Солнца , который вытягивается за ней из-за своеобразного движения по галактике.

НАСА « 28 апреля 2021 года солнечный зонд Паркер» столкнулся с особыми магнитными условиями и условиями частиц на солнечном радиусе 18,8, что указывало на то, что он проник через альфвеновскую поверхность , границу, отделяющую корону от солнечного ветра, определяемую как место, где альфвеновская скорость корональной плазмы и альфвеновская скорость. крупномасштабные скорости солнечного ветра равны. Во время пролета солнечный зонд Паркер несколько раз входил в корону и выходил из нее. Это подтвердило предсказания о том, что критическая поверхность Альвена не имеет формы гладкого шара, а имеет шипы и впадины, которые сморщивают ее поверхность.

Солнечный свет и нейтрино

Основные статьи: Солнечный свет и солнечное излучение

Солнце видно сквозь легкий туман

Солнце излучает свет во всем видимом спектре , поэтому его цвет белый , с индексом цветового пространства CIE около (0,3, 0,3), если смотреть из космоса или когда Солнце находится высоко в небе. Пик солнечной радиации на длину волны приходится на зеленую часть спектра, если смотреть из космоса. Когда Солнце находится очень низко в небе, атмосферное рассеяние делает Солнце желтым, красным, оранжевым или пурпурным, а в редких случаях даже зеленым или синим . Несмотря на типичную белизну (белые солнечные лучи, белый окружающий свет, белое освещение Луны и т. д.), некоторые культуры мысленно представляют Солнце желтым, а некоторые даже красным; причины этого культурные, и точные причины являются предметом споров. Солнце является звездой G2V , где G2 указывает на температуру его поверхности примерно 5778 К (9941 ° F), а V означает, что оно, как и большинство звезд, является звездой главной последовательности .

Солнечная постоянная — это количество энергии, которое Солнце выделяет на единицу площади, подвергающейся непосредственному воздействию солнечного света. Солнечная постоянная равна примерно 1368 Вт/м. ² (ватт на квадратный метр) на расстоянии одной астрономической единицы (а.е.) от Солнца (то есть на орбите Земли или вблизи нее). Солнечный свет на поверхности Земли ослабляется , земной атмосферой поэтому на поверхность поступает меньше энергии (ближе к 1000 Вт/м2). ² ) в ясных условиях, когда Солнце находится вблизи зенита . Солнечный свет в верхних слоях атмосферы Земли состоит (по общей энергии) из примерно 50% инфракрасного света, 40% видимого света и 10% ультрафиолетового света. Атмосфера отфильтровывает более 70% солнечного ультрафиолета, особенно на более коротких волнах. Солнечное ультрафиолетовое излучение ионизирует дневные верхние слои атмосферы Земли, создавая электропроводящую ионосферу .

Ультрафиолетовый свет Солнца обладает антисептическими свойствами и может использоваться для дезинфекции инструментов и воды. Это излучение вызывает солнечные ожоги и имеет другие биологические эффекты, такие как выработка витамина D и солнечный загар . Это основная причина рака кожи . Ультрафиолетовый свет сильно ослабляется озоновым слоем Земли , поэтому количество УФ-излучения сильно варьируется в зависимости от широты и частично отвечает за многие биологические адаптации, включая различия в цвете кожи человека в разных регионах Земли.

Оказавшись за пределами поверхности Солнца, нейтрино и фотоны движутся со скоростью света .

-излучения высокой энергии гамма Фотоны , первоначально испускаемые в результате термоядерных реакций в ядре, почти сразу же поглощаются солнечной плазмой радиационной зоны, обычно пройдя всего несколько миллиметров. Переизлучение происходит в случайном направлении и обычно при несколько меньшей энергии. При такой последовательности выбросов и поглощений радиации требуется много времени, чтобы достичь поверхности Солнца. Оценки времени путешествия фотона варьируются от 10 000 до 170 000 лет. Напротив, нейтрино , на долю которых приходится около 2% общего производства энергии Солнца, требуется всего 2,3 секунды, чтобы достичь поверхности. Поскольку перенос энергии на Солнце — это процесс, в котором фотоны находятся в термодинамическом равновесии с веществом , временной масштаб переноса энергии на Солнце длиннее — порядка 30 000 000 лет. Это время, которое потребовалось бы Солнцу, чтобы вернуться в стабильное состояние, если бы скорость выработки энергии в его ядре внезапно изменилась.

Электронные нейтрино высвобождаются в результате реакций синтеза в ядре, но, в отличие от фотонов, они редко взаимодействуют с веществом, поэтому почти все они могут немедленно покинуть Солнце. Однако измерения количества этих нейтрино, производимых на Солнце, в 3 раза ниже, чем предсказывают теории . В 2001 году открытие нейтринных осцилляций разрешило несоответствие: Солнце излучает количество электронных нейтрино, предсказанное теорией, но детекторы нейтрино отсутствовали 2/3 них потому , из нейтрино изменили вкус . что к моменту обнаружения

Магнитная активность

Солнце имеет звездное магнитное поле , которое меняется по всей его поверхности. Его полярное поле составляет 1–2 гаусса (0,0001–0,0002 Тл ), тогда как поле обычно составляет 3000 гаусс (0,3 Тл) в особенностях Солнца, называемых солнечными пятнами , и 10–100 гаусс (0,001–0,01 Тл) в солнечных протуберанцах . Магнитное поле меняется во времени и месте. Квазипериодический 11-летний солнечный цикл является наиболее заметным вариантом, при котором количество и размер солнечных пятен увеличивается и уменьшается.

Солнечное магнитное поле простирается далеко за пределы самого Солнца. Электропроводящая плазма солнечного ветра переносит магнитное поле Солнца в космос, образуя так называемое межпланетное магнитное поле . В приближении, известном как идеальная магнитогидродинамика , частицы плазмы движутся только вдоль силовых линий магнитного поля. В результате идущий наружу солнечный ветер растягивает межпланетное магнитное поле наружу, заставляя его принять примерно радиальную структуру. Для простого диполярного солнечного магнитного поля с противоположными полусферическими полярностями по обе стороны от солнечного магнитного экватора тонкий токовый слой в солнечном ветре формируется . На больших расстояниях вращение Солнца скручивает диполярное магнитное поле и соответствующий токовый слой в архимедову спиральную структуру, называемую спиралью Паркера.

Солнечное пятно

Основная статья: Солнечное пятно

Замедленная съемка солнечных пятен в водороде-альфа, снятая любительским солнечным телескопом

Солнца Солнечные пятна видны как темные пятна на фотосфере и соответствуют концентрациям магнитного поля, при которых конвективный перенос тепла из недр Солнца на поверхность подавляется. В результате солнечные пятна немного холоднее окружающей фотосферы, поэтому кажутся темными. Во время типичного солнечного минимума видно мало солнечных пятен, а иногда их вообще не видно. Те, что действительно появляются, находятся в высоких солнечных широтах. По мере приближения солнечного цикла к своему максимуму солнечные пятна имеют тенденцию формироваться ближе к солнечному экватору – явление, известное как закон Шперера . Самые большие солнечные пятна могут достигать десятков тысяч километров в поперечнике.

11-летний цикл солнечных пятен представляет собой половину 22-летнего цикла Бэбкока – Лейтона динамо- , который соответствует колебательному обмену энергией между тороидальными и полоидальными солнечными магнитными полями. В максимуме солнечного цикла внешнее полоидальное диполярное магнитное поле близко к минимальной силе динамо-цикла; но внутреннее тороидальное квадрупольное поле, создаваемое дифференциальным вращением внутри тахоклина, близко к максимальной силе. В этот момент динамо-цикла плавучий апвеллинг в конвективной зоне вызывает появление тороидального магнитного поля через фотосферу, вызывая появление пар солнечных пятен, примерно выровненных с востока на запад и имеющих следы с противоположной магнитной полярностью. Магнитная полярность пар солнечных пятен меняется каждый солнечный цикл — явление, описываемое законом Хейла .

Во время фазы спада солнечного цикла энергия смещается от внутреннего тороидального магнитного поля к внешнему полоидальному полю, а количество и размер солнечных пятен уменьшается. В минимуме солнечного цикла тороидальное поле соответственно имеет минимальную напряженность, солнечные пятна относительно редки, а полоидальное поле имеет максимальную напряженность. С появлением следующего 11-летнего цикла солнечных пятен дифференциальное вращение смещает магнитную энергию обратно от полоидального поля к тороидальному, но с полярностью, противоположной предыдущему циклу. Этот процесс продолжается непрерывно, и в идеализированном, упрощенном сценарии каждый 11-летний цикл солнечных пятен соответствует изменению общей полярности крупномасштабного магнитного поля Солнца.

Солнечная активность

Основная статья: Солнечный цикл

Измерения 2005 года изменения солнечного цикла за предыдущие 30 лет.

Магнитное поле Солнца приводит ко многим эффектам, которые в совокупности называются солнечной активностью . Солнечные вспышки и выбросы корональной массы обычно происходят в группах солнечных пятен. Медленно меняющиеся высокоскоростные потоки солнечного ветра испускаются из корональных дыр на поверхности фотосферы. И выбросы корональной массы, и высокоскоростные потоки солнечного ветра переносят плазму и межпланетное магнитное поле наружу, в Солнечную систему. Последствия солнечной активности на Земле включают полярные сияния в умеренных и высоких широтах, а также нарушение радиосвязи и электроснабжения . Считается, что солнечная активность сыграла большую роль в формировании и эволюции Солнечной системы .

Некоторые ученые считают, что долгосрочное вековое изменение числа солнечных пятен коррелирует с долгосрочным изменением солнечной радиации. что, в свою очередь, может повлиять на долгосрочный климат Земли. Солнечный цикл влияет на космические погодные условия, в том числе на окружающую Землю. Например, в 17 веке солнечный цикл, казалось, полностью остановился на несколько десятилетий; несколько солнечных пятен наблюдалось в период, известный как минимум Маундера . По времени это совпало с эпохой Малого ледникового периода , когда в Европе наблюдались необычно низкие температуры. Более ранние расширенные минимумы были обнаружены посредством анализа годичных колец и, по-видимому, совпадали с глобальными температурами ниже среднего.

В декабре 2019 года наблюдался новый тип солнечного магнитного взрыва, известный как принудительное магнитное пересоединение . Ранее в процессе, называемом спонтанным магнитным пересоединением, было замечено, что силовые линии солнечного магнитного поля резко расходятся, а затем мгновенно сходятся снова. Принудительное магнитное пересоединение было похожим, но оно было вызвано взрывом короны.

Фазы жизни

Основные статьи: Формирование и эволюция Солнечной системы и эволюция звезд.

Обзор эволюции такой звезды, как Солнце: от коллапсирующей протозвезды слева до стадии красного гиганта справа.

Сегодня Солнце находится примерно на полпути главной последовательности своей жизни. За более чем четыре миллиарда лет ситуация кардинально не изменилась. лет и будет оставаться довольно стабильным еще около пяти миллиардов. Однако после того, как синтез водорода в его ядре прекратится, Солнце претерпит кардинальные изменения, как внутренние, так и внешние. Она массивнее 95% близлежащих звезд в радиусе 5 пк.

Формирование

Дополнительная информация: Формирование и эволюция Солнечной системы.

Солнце образовалось около 4,6 миллиардов лет назад в результате коллапса части гигантского молекулярного облака , состоявшего в основном из водорода и гелия и, вероятно, породившего множество других звезд. Этот возраст оценивается с помощью компьютерных моделей звездной эволюции и с помощью нуклеокосмохронологии . Результат соответствует радиометрической дате появления самого старого материала Солнечной системы — 4,567 миллиарда лет назад. Исследования древних метеоритов обнаруживают следы стабильных дочерних ядер короткоживущих изотопов, таких как железо-60 , которые образуются только во взрывающихся короткоживущих звездах. Это указывает на то, что одна или несколько сверхновых должны были произойти недалеко от места, где образовалось Солнце. от Ударная волна ближайшей сверхновой могла бы спровоцировать образование Солнца, сжимая материю внутри молекулярного облака и вызывая коллапс определенных областей под действием собственной гравитации. Когда один фрагмент облака рухнул, он также начал вращаться за счет сохранения момента импульса и нагреваться с ростом давления. Большая часть массы сосредоточилась в центре, тогда как остальная часть сплюснулась в диск, который впоследствии стал планетами и другими телами Солнечной системы. Гравитация и давление внутри ядра облака произвели много тепла, поскольку оно накопило больше материи из окружающего диска, что в конечном итоге вызвало ядерный синтез .

Звезды HD 162826 и HD 186302 имеют сходство с Солнцем и, таким образом, предположительно являются его звездными братьями и сестрами, образовавшимися в том же молекулярном облаке.

Основная последовательность

Эволюция звезды типа Солнца. Трек звезды одной солнечной массы на диаграмме Герцшпрунга – Рассела показан от главной последовательности до стадии постасимптотической ветви гигантов.

Солнце находится примерно на середине стадии своей главной последовательности, во время которой реакции ядерного синтеза в его ядре превращают водород в гелий. Каждую секунду более четырех миллиардов килограммов вещества преобразуются в энергию внутри ядра Солнца, производя нейтрино и солнечную радиацию . С такой скоростью Солнце на данный момент преобразовало в энергию примерно в 100 раз большую массу Земли, что составляет около 0,03% от общей массы Солнца. Солнце проведет в общей сложности примерно 10–11 миллиардов лет в качестве звезды главной последовательности, прежде чем наступит фаза красного гиганта Солнца. в 2022 году , через 8 миллиардов лет Солнце будет в самой горячей точке. ЕКА «Гайя» По данным космической обсерватории

Солнце постепенно становится горячее в своем ядре, горячее на поверхности, больше по радиусу и ярче во время своего пребывания на главной последовательности: с начала жизни на главной последовательности оно расширилось в радиусе на 15%, а поверхность температура увеличилась с 5620 К (9660 ° F) до 5772 К (9930 ° F), что привело к увеличению светимости на 48% с 0,677 солнечной светимости до нынешних 1,0 солнечной светимости. Это происходит потому, что атомы гелия в ядре имеют более высокую среднюю молекулярную массу , чем атомы водорода , которые были слиты, что приводит к меньшему тепловому давлению. Поэтому ядро ​​сжимается, позволяя внешним слоям Солнца приближаться к центру, высвобождая потенциальную гравитационную энергию . Согласно теореме вириала , половина этой высвободившейся гравитационной энергии уходит на нагрев, что приводит к постепенному увеличению скорости термоядерного синтеза и, следовательно, к увеличению светимости. Этот процесс ускоряется по мере постепенного уплотнения ядра. В настоящее время его яркость увеличивается примерно на 1% каждые 100 миллионов лет. Чтобы истощить жидкую воду на Земле в результате такого увеличения, потребуется не менее 1 миллиарда лет. После этого Земля перестанет поддерживать сложную многоклеточную жизнь, и последние оставшиеся на планете многоклеточные организмы подвергнутся окончательному, полному массовому вымиранию .

После истощения водорода в активной зоне

Размер нынешнего Солнца (сейчас в главной последовательности ) по сравнению с его предполагаемым размером во время фазы красного гиганта в будущем.

У Солнца недостаточно массы, чтобы взорваться как сверхновая . Вместо этого, когда примерно через 5 миллиардов лет в ядре закончится водород, синтез водорода в ядре прекратится, и ничто не сможет препятствовать сжатию ядра. Высвобождение гравитационной потенциальной энергии приведет к увеличению светимости Солнца, что завершит фазу главной последовательности и приведет к расширению Солнца в течение следующего миллиарда лет: сначала в субгигант , а затем в красный гигант . Нагрев из-за гравитационного сжатия также приведет к расширению Солнца и синтезу водорода в оболочке сразу за пределами ядра, где остается нерасплавленный водород, что будет способствовать увеличению светимости, которая в конечном итоге достигнет более чем в 1000 раз своей нынешней светимости. Когда Солнце войдет в фазу своей ветви красных гигантов (RGB), оно поглотит (и, весьма вероятно, уничтожит) Меркурий и Венеру . Согласно статье 2008 года, орбита Земли первоначально расширится максимум до 1,5 а.е. (220 миллионов км; 140 миллионов миль) из-за потери массы Солнца. Однако орбита Земли затем начнет сжиматься из-за приливных сил (и, в конечном итоге, сопротивления со стороны нижней хромосферы), так что она будет поглощена Солнцем во время окончания фазы ветви красных гигантов через 7,59 миллиардов лет, 3,8 и 1. через миллион лет после того, как Меркурий и Венеру постигла та же участь соответственно.

К тому времени, когда Солнце достигнет кончика ветви красных гигантов, оно будет примерно в 256 раз больше, чем сегодня, с радиусом 1,19 а.е. (178 миллионов км; 111 миллионов миль). Солнце проведет в RGB около миллиарда лет и потеряет около трети своей массы.

После ветви красных гигантов Солнцу осталось примерно 120 миллионов лет активной жизни, но многое происходит. Во-первых, ядро ​​(полное вырожденного гелия) сильно воспламеняется в результате гелиевой вспышки ; по оценкам, 6% ядра — что само по себе составляет 40% массы Солнца — будет преобразовано в углерод в течение нескольких минут посредством процесса тройного альфа . Затем Солнце сжимается примерно в 10 раз по сравнению с нынешним размером и в 50 раз ярче, а температура немного ниже, чем сегодня. Тогда она достигнет красного скопления или горизонтальной ветви , но звезда металличности Солнца не эволюционирует в голубую сторону вдоль горизонтальной ветви. Вместо этого в течение примерно 100 миллионов лет он становится умеренно больше и ярче, поскольку продолжает вступать в реакцию с гелием в ядре.

Когда гелий исчерпается, Солнце повторит расширение, которому оно последовало, когда исчерпался водород в ядре. Однако на этот раз все происходит быстрее, и Солнце становится больше и ярче. Это фаза асимптотической ветви гигантов , и Солнце попеременно реагирует с водородом в оболочке или гелием в более глубокой оболочке. Примерно через 20 миллионов лет на ранней асимптотической ветви гигантов Солнце становится все более нестабильным, с быстрой потерей массы и тепловыми импульсами , которые увеличивают размер и светимость на несколько сотен лет каждые 100 000 лет или около того. Тепловые импульсы с каждым разом становятся сильнее, а более поздние импульсы увеличивают яркость в 5000 раз по сравнению с текущим уровнем. Несмотря на это, максимальный радиус AGB Солнца не будет таким большим, как максимум его кончика RGB: 179 R _☉ , или около 0,832 а.е. (124,5 миллиона км; 77,3 миллиона миль).

Модели различаются в зависимости от скорости и сроков потери массы. Модели, которые имеют более высокую потерю массы на ветви красных гигантов, производят меньшие и менее яркие звезды на кончике асимптотической ветви гигантов, возможно, всего в 2000 раз превышающие светимость и менее чем в 200 раз превышающие радиус. Для Солнца прогнозируются четыре тепловых импульса, прежде чем оно полностью потеряет внешнюю оболочку и начнет образовывать планетарную туманность .

Эволюция постасимптотической гигантской ветви происходит еще быстрее. Светимость остается примерно постоянной при повышении температуры, при этом выброшенная половина массы Солнца ионизируется в планетарную туманность , когда обнаженное ядро ​​достигает 30 000 К (53 500 ° F), как будто оно находится в своего рода синей петле . Последнее обнаженное ядро, белый карлик , будет иметь температуру более 100 000 К (180 000 ° F) и содержать примерно 54,05% современной массы Солнца. (Моделирование показывает, что Солнце может быть одной из наименее массивных звезд, способных образовывать планетарную туманность. ) Планетарная туманность рассеется примерно через 10 000 лет, но белый карлик просуществует триллионы лет, прежде чем исчезнет до гипотетического сверхплотного черного карлика . Таким образом, он не будет выделять больше энергии в течение даже более длительного времени, чем белый карлик.

Расположение

Солнечная система

Основная статья: Солнечная система

Солнечная система с размерами Солнца и планет в масштабе. Планеты земной группы справа, газовые и ледяные гиганты слева.

Вокруг Солнца вращаются восемь известных планет. Сюда входят четыре планеты земной группы ( Меркурий , Венера , Земля и Марс ), два газовых гиганта ( Юпитер и Сатурн ) и два ледяных гиганта ( Уран и Нептун ). В Солнечной системе также есть девять тел, обычно считающихся карликовыми планетами , и еще несколько кандидатов , пояс астероидов , многочисленные кометы и большое количество ледяных тел, лежащих за орбитой Нептуна. Шесть планет и многие более мелкие тела также имеют свои естественные спутники : в частности, спутниковые системы Юпитера, Сатурна и Урана в некотором смысле подобны миниатюрным версиям солнечной системы.

Солнце движется под действием гравитационного притяжения планет. Центр Солнца движется вокруг барицентра Солнечной системы в пределах от 0,1 до 2,2 солнечных радиусов. Движение Солнца вокруг барицентра примерно повторяется каждые 179 лет, поворачиваясь примерно на 30°, в первую очередь из-за синодического периода Юпитера и Сатурна.

Небесное соседство

Этот раздел представляет собой отрывок из книги Солнечная система § Небесные окрестности . [ редактировать ]

Схема Местного межзвездного облака , G-Облака и окружающих звезд. По состоянию на 2022 год точное расположение Солнечной системы в облаках остается открытым вопросом в астрономии.

В пределах десяти световых лет от Солнца находится относительно мало звезд, ближайшей из которых является тройная звездная система Альфа Центавра Местного пузыря , которая находится на расстоянии около 4,4 световых лет и может находиться в G-облаке . Альфа Центавра A и B представляют собой тесно связанную пару звезд, подобных Солнцу , тогда как ближайшая к Солнцу звезда, маленький красный карлик Проксима Центавра , вращается вокруг пары на расстоянии 0,2 светового года. В 2016 году потенциально обитаемая экзопланета было обнаружено, что вокруг Проксимы Центавра вращается , названная Проксима Центавра b , ближайшая к Солнцу подтвержденная экзопланета.

Солнечная система окружена Местным межзвездным облаком , хотя неясно, включено ли оно в Местное межзвездное облако или находится сразу за краем облака. множество других межзвездных облаков В области в пределах 300 световых лет от Солнца существует , известных как Местный пузырь . Последняя особенность представляет собой полость или сверхпузырь в форме песочных часов в межзвездной среде диаметром примерно 300 световых лет. Пузырь наполнен высокотемпературной плазмой, что позволяет предположить, что он может быть продуктом нескольких недавних сверхновых.

Локальный пузырь представляет собой небольшой сверхпузырь по сравнению с соседними более широкими линейными структурами «Волна Рэдклиффа» и «Сплит» (бывший Пояс Гулда ), каждая из которых имеет длину несколько тысяч световых лет. Все эти структуры являются частью Рукава Ориона , в котором находится большинство звезд Млечного Пути, видимых невооруженным глазом.

Группы звезд формируются в звездные скопления , а затем распадаются на сопутствующие ассоциации. Заметной группой, видимой невооруженным глазом, является движущаяся группа Большой Медведицы , которая находится на расстоянии около 80 световых лет внутри Местного пузыря. Ближайшее звездное скопление — Гиады , расположенное на краю Местного пузыря. Ближайшие области звездообразования — Молекулярное Облако Южной Короны , облачный комплекс Ро Змееносца и молекулярное облако Тельца ; последняя находится сразу за Местным пузырем и является частью волны Рэдклиффа.

Пролеты звезд, проходящие в пределах 0,8 светового года от Солнца, происходят примерно раз в 100 000 лет. Ближайшим и хорошо измеренным сближением была Звезда Шольца , которая приблизилась к ~ 50 000 а.е. около ~ 70 тысяч лет назад, вероятно, проходя через внешнее облако Оорта. Солнцу на расстоянии Существует вероятность 1% каждые миллиард лет, что звезда пройдет в пределах 100 а.е. от Солнца, потенциально разрушив Солнечную систему.

Движение

Дополнительная информация: Звездная кинематика.

Общее движение и ориентация Солнца, Земли и Луны как спутников Солнечной системы.

Будучи частью галактики Млечный Путь, Солнце, охватывающее всю Солнечную систему, движется по орбите вокруг центра масс галактики со средней скоростью 230 км/с (828 000 км/ч) или 143 миль/с (514 000 км/ч). миль в час), требуется около 220–250 миллионов земных лет Для завершения оборота ( галактический год ), сделав это около 20 раз с момента образования Солнца. Направление движения Солнца, апекс Солнца , находится примерно в направлении звезды Вега .

Идеализированная орбита Солнца вокруг Галактического центра в изображении художника сверху вниз текущего расположения Млечного Пути.

История наблюдений

Раннее понимание

Смотрите также: Солнце в культуре.

запряженная Солнечная колесница Трундхольма, лошадью, — это скульптура, которая, как полагают, иллюстрирует важную часть мифологии северных стран бронзового века .

Солнце было объектом почитания во многих культурах на протяжении всей истории человечества. Наиболее фундаментальное представление человечества о Солнце — как о светящемся диске на небе, чье присутствие над горизонтом вызывает день, а отсутствие — ночь. Во многих доисторических и древних культурах Солнце считалось солнечным божеством или другим сверхъестественным существом. Солнце играло важную роль во многих мировых религиях, как описано в следующем разделе.

В начале первого тысячелетия до нашей эры вавилонские астрономы заметили, что движение Солнца по эклиптике неравномерно, хотя и не знали, почему; сегодня известно, что это происходит из-за движения Земли по эллиптической орбите вокруг Солнца, причем Земля движется быстрее, когда она ближе к Солнцу в перигелии, и движется медленнее, когда она находится дальше в афелии.

Одним из первых, кто предложил научное или философское объяснение Солнца, был греческий философ Анаксагор . Он рассудил, что это была не колесница Гелиоса, а гигантский пылающий металлический шар, размером даже больше, чем земля Пелопоннеса, и что Луна отражает свет Солнца. За преподавание этой ереси он был заключен властями в тюрьму и приговорен к смертной казни , хотя позже был освобожден благодаря вмешательству Перикла . Эратосфен оценил расстояние между Землей и Солнцем в третьем веке до нашей эры как «400 и 80 000 стадий » , перевод которого неоднозначен и подразумевает либо 4 080 000 стадий (755 000 км), либо 804 000 000 стадий (от 148 до 153 миллионов километров или 0,99). до 1,02 а.е.); последнее значение верно с точностью до нескольких процентов. В первом веке нашей эры Птолемей оценил это расстояние в 1210 раз больше радиуса Земли , что составляет примерно 7,71 миллиона километров (0,0515 а.е.).

Теория о том, что Солнце является центром, вокруг которого вращаются планеты, была впервые предложена древнегреком Аристархом Самосским в третьем веке до нашей эры. и позже принят Селевком Селевкийским (см. Гелиоцентризм ). Эта точка зрения была развита в более подробной математической модели гелиоцентрической системы в 16 веке Николаем Коперником .

Развитие научного понимания

Солнце из Гвидо Бонатти , издание 1550 года. » «Liber Astronomiae

Наблюдения солнечных пятен были зафиксированы во времена династии Хань (206 г. до н. э. – 220 г. н. э.) китайскими астрономами , которые вели записи этих наблюдений на протяжении веков. Аверроэс также предоставил описание солнечных пятен в 12 веке. Изобретение телескопа в начале 17 века позволило Томасу Харриоту , Галилео Галилею и другим астрономам детально наблюдать солнечные пятна. Галилей утверждал, что солнечные пятна находятся на поверхности Солнца, а не мелких объектов, проходящих между Землей и Солнцем.

Вклады арабских астрономов включают открытие Аль-Баттани Солнца о том, что направление апогея (место на орбите Солнца относительно неподвижных звезд, где оно движется медленнее всего) меняется. (Выражаясь современными гелиоцентрическими терминами, это вызвано постепенным движением афелия земной орбиты ). Ибн Юнус в течение многих лет наблюдал более 10 000 записей положения Солнца, используя большую астролябию .

Наблюдение за транзитом Венеры в 1032 году персидский астроном и эрудит Ибн Сина пришел к выводу, что Венера была ближе к Земле, чем Солнце. В 1677 году Эдмонд Галлей наблюдал транзит Меркурия через Солнце, что привело его к пониманию того, что наблюдения солнечного параллакса планеты (в идеале с использованием транзита Венеры) могут быть использованы для тригонометрического определения расстояний между Землей, Венерой и Солнцем. солнце. Тщательные наблюдения за транзитом Венеры в 1769 году позволили астрономам рассчитать среднее расстояние от Земли до Солнца как 93 726 900 миль (150 838 800 км), что всего на 0,8% больше современного значения.

Солнце в свете водорода-альфа

Солнце в ультрафиолетовом свете

В 1666 году Исаак Ньютон наблюдал свет Солнца с помощью призмы и показал, что он состоит из света многих цветов. В 1800 году Уильям Гершель обнаружил инфракрасное излучение за пределами красной части солнечного спектра. В XIX веке наблюдался прогресс в спектроскопических исследованиях Солнца; Йозеф фон Фраунгофер зафиксировал в спектре более 600 линий поглощения , самые сильные из которых до сих пор часто называют линиями Фраунгофера . В 20-м веке появилось несколько специализированных систем для наблюдения Солнца, особенно на различных узкополосных длинах волн, например, системы, использующие фильтрацию кальция H (396,9 нм), K (393,37 нм) и водорода-альфа (656,46 нм).

В ходе ранних исследований оптического спектра фотосферы были обнаружены некоторые линии поглощения, не соответствующие ни одному химическому элементу известному тогда на Земле . В 1868 году Норман Локьер выдвинул гипотезу, что эти линии поглощения были вызваны новым элементом, который он назвал гелием в честь греческого бога Солнца Гелиоса . Двадцать пять лет спустя на Земле был выделен гелий.

В первые годы современной научной эры источник солнечной энергии был серьезной загадкой. Лорд Кельвин предположил, что Солнце представляет собой постепенно остывающее жидкое тело, излучающее внутренний запас тепла. Кельвин и Герман фон Гельмгольц затем предложили механизм гравитационного сжатия , чтобы объяснить выделение энергии, но полученная оценка возраста составила всего 20 миллионов лет, что значительно меньше временного интервала в 300 миллионов лет, предполагаемого некоторыми геологическими открытиями того времени. В 1890 году Джозеф Локьер , открывший гелий в солнечном спектре, предложил метеоритную гипотезу формирования и эволюции Солнца.

Лишь в 1904 году было предложено документированное решение. Эрнест Резерфорд предположил, что излучение Солнца может поддерживаться за счет внутреннего источника тепла, и предложил радиоактивный распад . в качестве источника Однако именно Альберт Эйнштейн дал бы существенный ключ к разгадке источника выходной энергии Солнца с помощью своего эквивалентности массы и энергии соотношения E = mc. ² . В 1920 году сэр Артур Эддингтон предположил, что давление и температура в ядре Солнца могут вызвать реакцию ядерного синтеза, в результате которой водород (протоны) сливаются с ядрами гелия, что приводит к производству энергии за счет чистого изменения массы. Преобладание водорода на Солнце было подтверждено в 1925 году Сесилией Пейн с помощью теории ионизации, разработанной Мегнадом Саха . Теоретическая концепция термоядерного синтеза была разработана в 1930-х годах астрофизиками Субраманьяном Чандрасекаром и Гансом Бете . Ганс Бете рассчитал детали двух основных ядерных реакций, производящих энергию, которые питают Солнце. В 1957 году Маргарет Бербидж , Джеффри Бербидж , Уильям Фаулер и Фред Хойл показали, что большинство элементов во Вселенной были синтезированы в результате ядерных реакций внутри звезд, некоторые из которых похожи на Солнце.

Солнечные космические миссии

См. Также: Солнечная обсерватория.

Иллюстрация Pioneer 6, 7, 8 и 9

Первыми спутниками, предназначенными для долгосрочного наблюдения Солнца из межпланетного пространства, были спутники НАСА «Пионеры 6, 7, 8 и 9», запущенные в период с 1959 по 1968 год. Эти зонды вращались вокруг Солнца на расстоянии, аналогичном расстоянию Земли, и сделали первые детальные измерения солнечного ветра и солнечного магнитного поля. «Пионер-9» работал особенно долго, передавая данные до мая 1983 года.

В 1970-х годах два космических корабля «Гелиос» и телескопическая установка «Скайлэб Аполлон» предоставили ученым важные новые данные о солнечном ветре и солнечной короне. Зонды Гелиос 1 и 2 были совместными работами США и Германии, которые изучали солнечный ветер с орбиты, на которой космический корабль находился внутри орбиты Меркурия в перигелии. Космическая станция «Скайлэб», запущенная НАСА в 1973 году, включала в себя модуль солнечной обсерватории под названием «Телескоп Аполлон», которым управляли астронавты, проживающие на станции. Скайлэб провел первые наблюдения с временным разрешением области солнечного перехода и ультрафиолетового излучения солнечной короны. Открытия включали первые наблюдения корональных выбросов массы, которые тогда назывались «корональными переходными процессами», и корональных дыр , которые, как теперь известно, тесно связаны с солнечным ветром.

Чертеж зонда Maximum Mission Solar

В 1980 году Solar Maximum Mission НАСА запустило зонды . Этот космический корабль был разработан для наблюдения гамма-лучей, рентгеновских лучей и ультрафиолетового излучения солнечных вспышек во время высокой солнечной активности и солнечной светимости. Однако всего через несколько месяцев после запуска из-за сбоя электроники зонд перешел в режим ожидания, и следующие три года он провел в этом неактивном состоянии. В 1984 году космический корабль " Челленджер" миссии STS-41C извлек спутник и отремонтировал его электронику, прежде чем снова вывести его на орбиту. Миссия Solar Maximum впоследствии получила тысячи изображений солнечной короны, прежде чем снова войти в атмосферу Земли в июне 1989 года.

Запущенный в 1991 году японский спутник Yohkoh (« Солнечный луч ») наблюдал солнечные вспышки в рентгеновском диапазоне. Данные миссии позволили ученым идентифицировать несколько различных типов вспышек и продемонстрировали, что корона вдали от областей пиковой активности была гораздо более динамичной и активной, чем предполагалось ранее. Йоко наблюдал весь солнечный цикл, но перешел в режим ожидания, когда в результате кольцевого затмения в 2001 году он потерял связь с Солнцем. Он был разрушен при входе в атмосферу в 2005 году.

Солнечная и гелиосферная обсерватория , построенная совместно Европейским космическим агентством и НАСА, была запущена 2 декабря 1995 года. Первоначально предназначался для двухлетней миссии. SOHO будет работать с 2024 года. Расположенный в точке Лагранжа между Землей и Солнцем (в которой гравитационное притяжение обеих сторон одинаково), SOHO обеспечивает постоянный обзор Солнца на многих длинах волн с момента его запуска. Помимо прямых наблюдений за Солнцем, SOHO позволил открыть большое количество комет , в основном крошечных комет , пасущихся на солнце, которые сгорают при прохождении мимо Солнца.

«Улисс» Испытания космического корабля на вакуумной установке балансировки вращения

Художественное исполнение солнечного зонда Паркер

Все эти спутники наблюдали Солнце из плоскости эклиптики и поэтому подробно наблюдали только его экваториальные области. Зонд «Улисс» был запущен в 1990 году для изучения полярных регионов Солнца. Сначала он отправился к Юпитеру, чтобы «выстрелить» на орбиту, которая поднимет его намного выше плоскости эклиптики. Как только «Улисс» вышел на запланированную орбиту, он начал наблюдать за солнечным ветром и силой магнитного поля в высоких солнечных широтах и ​​обнаружил, что солнечный ветер из высоких широт движется со скоростью около 750 км/с, что медленнее, чем ожидалось, и что там большие магнитные волны, исходящие из высоких широт и рассеивающие галактические космические лучи.

Содержание элементов в фотосфере хорошо известно из спектроскопических исследований, но состав внутренней части Солнца изучен хуже. Миссия по возвращению образцов солнечного ветра Genesis была разработана, чтобы позволить астрономам напрямую измерить состав солнечного материала.

• Миссия Солнечно-земной обсерватории (STEREO) была запущена в октябре 2006 года. Два идентичных космических корабля были запущены на орбиты, что заставило их (соответственно) выдвигаться дальше вперед и постепенно отставать от Земли. Это позволяет получать стереоскопические изображения Солнца и солнечных явлений, таких как корональные выбросы массы.
• Обсерватория солнечной динамики была запущена в 2010 году и наблюдает за Солнцем с геосинхронной орбиты вокруг Земли.
• Parker Solar Probe был запущен в 2018 году на борту ракеты Delta IV Heavy и достигнет перигелия 0,046 а.е. в 2025 году, что сделает его ближайшим к орбите искусственным спутником и первым космическим кораблем, пролетевшим низко в солнечной короне.
• Миссия Solar Orbiter (SolO) была запущена в 2020 году и достигнет минимального перигелия 0,28 а.е. , что сделает ее ближайшим спутником с камерами, обращенными к Солнцу.
• CubeSat for Solar Particles (CuSP) был запущен в качестве совместного использования на корабле «Артемида-1» 16 ноября 2022 года для изучения частиц и магнитных полей .
• Индийская организация космических исследований запустила спутник весом 100 кг под названием Aditya-L1 . 2 сентября 2023 года Его основным инструментом станет коронограф для изучения динамики солнечной короны.

Нерешенные проблемы

Корональное отопление

Основная статья: Звездная корона

Нерешенная задача астрономии :

Почему солнечная корона намного горячее поверхности Солнца?

(еще нерешенные проблемы астрономии)

Температура фотосферы составляет около 6000 К, тогда как температура короны достигает К. 1 000 000–2 000 000 Высокая температура короны показывает, что она нагревается не за счет прямой теплопроводности фотосферы.

Считается, что энергия, необходимая для нагрева короны, обеспечивается турбулентным движением в зоне конвекции под фотосферой, и для объяснения нагрева короны были предложены два основных механизма. Первый — волновой нагрев, при котором звуковые, гравитационные или магнитогидродинамические волны возникают за счет турбулентности в зоне конвекции. Эти волны движутся вверх и рассеиваются в короне, отдавая свою энергию окружающей среде в виде тепла. Другой — магнитный нагрев, при котором магнитная энергия непрерывно накапливается за счет движения фотосферы и высвобождается посредством магнитного пересоединения в виде крупных солнечных вспышек и множества подобных, но меньших по размеру событий — нановспышек .

В настоящее время неясно, являются ли волны эффективным механизмом нагрева. Было обнаружено, что все волны, кроме волн Альфвена, рассеиваются или преломляются, прежде чем достичь короны. Кроме того, альфвеновские волны нелегко рассеиваются в короне. Поэтому в настоящее время фокус исследований сместился в сторону механизмов факельного нагрева.

Слабое молодое Солнце

Основная статья: Парадокс слабого молодого Солнца

Нерешенная задача астрономии :

Как на ранней Земле могла быть жидкая вода, если, согласно прогнозам, интенсивность излучения Солнца была лишь на 70% такой интенсивной, как сегодня?

(еще нерешенные проблемы астрономии)

Теоретические модели развития Солнца предполагают, что 3,8–2,5 миллиарда лет назад, во время архейского эона, яркость Солнца была лишь примерно на 75% такой яркой, как сегодня. Такая слабая звезда не смогла бы поддерживать жидкую воду на поверхности Земли, и поэтому жизнь не могла бы развиваться. Однако геологические данные показывают, что на протяжении всей своей истории температура на Земле оставалась довольно постоянной и что молодая Земля была несколько теплее, чем сегодня. Одна из теорий ученых заключается в том, что атмосфера молодой Земли содержала гораздо большее количество парниковых газов (таких как углекислый газ , метан ), чем присутствует сегодня, которые удерживали достаточно тепла, чтобы компенсировать меньшее количество солнечной энергии , достигающей ее.

Однако исследование архейских отложений не соответствует гипотезе о высоких концентрациях парниковых газов. Вместо этого умеренный диапазон температур можно объяснить более низким альбедо поверхности , вызванным меньшей площадью континентов и отсутствием биологически индуцированных ядер конденсации облаков. Это привело бы к увеличению поглощения солнечной энергии, тем самым компенсируя более низкую солнечную выработку.

Наблюдение глазами

Солнце, видимое с Земли, с бликами от линз. Глаз также видит блики, если смотреть прямо на Солнце.

Яркость Солнца может вызвать боль при взгляде на него невооруженным глазом ; однако это в течение коротких периодов времени не представляет опасности для нормальных нерасширенных глаз . Взгляд прямо на Солнце ( наблюдение за солнцем ) вызывает фосфеновые визуальные артефакты и временную частичную слепоту. Он также доставляет около 4 милливатт солнечного света на сетчатку, слегка нагревая ее и потенциально вызывая повреждение глаз, которые не могут должным образом реагировать на яркость. Наблюдение прямого Солнца невооруженным глазом может вызвать вызванные УФ-излучением поражения сетчатки, подобные солнечным ожогам, которые начинаются примерно через 100 секунд, особенно в условиях, когда УФ-излучение Солнца является интенсивным и хорошо сфокусированным.

Наблюдение за Солнцем через оптику , концентрирующую свет , например, в бинокль, может привести к необратимому повреждению сетчатки без соответствующего фильтра, который блокирует УФ-излучение и существенно затемняет солнечный свет. При использовании ослабляющего фильтра для просмотра Солнца зрителю рекомендуется использовать фильтр, специально предназначенный для этого использования. Некоторые импровизированные фильтры, пропускающие УФ- или ИК- лучи, могут нанести вред глазам при высоких уровнях яркости. Краткие взгляды на полуденное Солнце в телескоп без фильтров могут нанести необратимый ущерб.

Во время восхода и заката солнечный свет ослабляется из-за рассеяния Рэлея и рассеяния Ми в результате особенно длительного прохождения через атмосферу Земли. а Солнце иногда достаточно слабое, чтобы его было удобно рассматривать невооруженным глазом или безопасно с помощью оптики (при условии, что нет риска внезапного появления яркого солнечного света через разрыв между облаками). Туманная погода, атмосферная пыль и высокая влажность способствуют этому атмосферному ослаблению.

Оптическое явление , известное как зеленая вспышка , иногда можно увидеть вскоре после захода солнца или перед восходом солнца. Вспышка возникает из-за того, что свет Солнца чуть ниже горизонта изгибается ( обычно за счет температурной инверсии ) в сторону наблюдателя. Свет с более короткими волнами (фиолетовый, синий, зеленый) преломляется сильнее, чем свет с более длинными волнами (желтый, оранжевый, красный), но фиолетовый и синий свет рассеиваются сильнее , в результате чего свет воспринимается как зеленый.

Религиозные аспекты

Основная статья: Солнечное божество

Золотое украшение «Солнце и бессмертные птицы» древнего народа Шу. Центр представляет собой узор солнца с двенадцатью точками, вокруг которого четыре птицы в одном направлении против часовой стрелки летают . Древнее царство Шу , совпадающее с династией Шан .

Солнечные божества играют важную роль во многих мировых религиях и мифологиях. Поклонение Солнцу было центральным элементом таких цивилизаций, как древние египтяне , инки Южной Америки и ацтеки, жившие на территории современной Мексики. В таких религиях, как индуизм , Солнце до сих пор считается богом, известным как Сурья . Многие древние памятники были построены с учетом солнечных явлений; например, каменные мегалиты точно отмечают летнее или зимнее солнцестояние (например, в Набта Плайя , Египет; Мнайдра , Мальта; и Стоунхендж , Англия); Ньюгрейндж , доисторическая гора, построенная человеком в Ирландии, была спроектирована для обнаружения зимнего солнцестояния; Пирамида Эль-Кастильо в Чичен-Ице в Мексике спроектирована таким образом, чтобы отбрасывать тени в форме змей, взбирающихся на пирамиду в дни весеннего и осеннего равноденствия .

Древние шумеры верили, что Солнце — это Уту . бог справедливости и брат-близнец Инанны , Царицы Небесной , который был идентифицирован как планета Венера. Позже Уту отождествляли с восточно-семитским богом Шамашем . Уту считался божеством-помощником, помогавшим тем, кто попал в беду.

Ра из гробницы Нефертари , 13 век до н.э.

По крайней мере, начиная с Четвертой династии Древнего Египта, Солнцу поклонялись как богу Ра , изображавшемуся в виде божества с головой сокола, увенчанного солнечным диском и окруженного змеей. В период Новой Империи Солнце стало отождествляться с навозным жуком . В форме солнечного диска Атона Солнце ненадолго возродилось в период Амарны, когда оно снова стало выдающимся, если не единственным, божеством фараона Эхнатона . Египтяне изображали бога Ра как несущегося по небу в солнечной барке в сопровождении меньших богов, а для греков он был Гелиосом, которого везла колесница, запряженная огненными конями. Во времена правления Элагабала в поздней Римской империи день рождения Солнца отмечался как Sol Invictus (буквально «Непокоренное Солнце») вскоре после зимнего солнцестояния, которое, возможно, было предшественником Рождества . Что касается неподвижных звезд , то Солнце кажется с Земли вращающимся один раз в год по эклиптике через Зодиак , и поэтому греческие астрономы отнесли его к одной из семи планет (греч. Planetes , «странник»); наименование дней недель после семи планет относится к римской эпохе .

В протоиндоевропейской религии Солнце олицетворялось богиней *Сех ₂ ул . Производные этой богини в индоевропейских языках включают древнескандинавское Соль , санскритское Сурья , галльское Сулис , литовское Сауле и славянское Солнце . В древнегреческой религии божеством Солнца был бог-мужчина Гелиос. который в более поздние времена был синкретизирован с Аполлоном .

В Библии в Малахии 4:2 упоминается «Солнце праведности» (иногда переводимое как «Солнце справедливости»). что некоторые христиане интерпретировали как указание на Мессию ( Христа ). В древнеримской культуре воскресенье было днем ​​бога Солнца. В язычестве Солнце было источником жизни, дающим тепло и освещение. Это был центр популярного культа среди римлян, которые стояли на рассвете, чтобы поймать первые солнечные лучи во время молитвы. Празднование зимнего солнцестояния (оказавшее влияние на Рождество) было частью римского культа непокоренного Солнца ( Sol Invictus ). приняли его как день субботний Христиане . Символ света был языческим приемом, принятым христианами, и, пожалуй, самым важным из них, идущим не из еврейских традиций. Христианские церкви строились так, чтобы прихожане смотрели на восход солнца.

Тонатиу , ацтекский бог солнца. был тесно связан с практикой человеческих жертвоприношений . Богиня Солнца Аматэрасу — самое важное божество в религии синтоизма . и она считается прямым предком всех японских императоров .

Смотрите также

• Advanced Composition Explorer - спутник НАСА программы Explorer.
• Аналемма - схематическое изображение положения Солнца за определенный период времени.
• Антисолнечная точка - Точка на небесной сфере напротив Солнца.
• Список самых ярких звезд - звезды, отсортированные по видимой величине.
• Список ближайших звезд и коричневых карликов — звезды и коричневые карлики в пределах 20 световых лет от Солнечной системы. Страницы с краткими описаниями целей перенаправления.
• Полуночное солнце – природное явление, когда дневной свет длится целый день.
• Планеты в астрологии § Солнце
• Солнечный телескоп - Телескоп, используемый для наблюдения за Солнцем.
• Путь Солнца - путь в виде дуги, по которому Солнце, кажется, следует по небу.
• День Солнца-Земли - совместная образовательная программа НАСА и ЕКА.
• Солнце в культуре – Изображения Солнца в культуре
• Хронология далекого будущего - Научные прогнозы относительно далекого будущего.

дальнейшее чтение

• Коэн, Ричард (2010). В погоне за солнцем: эпическая история звезды, дарующей нам жизнь . Саймон и Шустер. ISBN  978-1-4000-6875-3 .
• Хадсон, Хью (2008). «Солнечная активность» . Схоларпедия . 3 (3): 3967. Бибкод : 2008SchpJ...3.3967H . doi : 10.4249/scholarpedia.3967 .
• Thompson, M.J. (August 2004). "Solar interior: Helioseismology and the Sun's interior". Astronomy & Geophysics. 45 (4): 21–25. Bibcode:2004A&G....45d..21T. doi:10.1046/j.1468-4004.2003.45421.x.

External links

• Astronomy Cast: The Sun
• Satellite observations of solar luminosity Archived 11 June 2017 at the Wayback Machine
• Animation – The Future of the Sun
• "Thermonuclear Art – The Sun In Ultra-HD" | Goddard Space Flight Center
• "A Decade of Sun" | Goddard Space Flight Center