Солнце

«Солнце» перенаправляется сюда. 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 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 орбита Галактического центра 20 км/с в звездный район 370 км/с космическому микроволновому фону
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	6,957 х 10 8 м 109 × радиусы Земли
Сглаживание	0.00005
Площадь поверхности	6.09 × 10 12 км 2 12 000 × Земля
Объем	1.412 × 10 18 км 3 1 300 000 × Земля
Масса	1.9885 × 10 30 кг 332 950 Земель
Средняя плотность	1,408 г/см 3 0,255 × Земля
Возраст	4,6 миллиарда лет
Экваториальная поверхностная гравитация	274 м/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 – системы в центре Солнечной . Это массивная, почти идеальная сфера горячей плазмы , нагретая до накала в результате реакций ядерного синтеза в своем ядре, излучающая 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 . С Земли это 1 астрономическая единица ( 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 .

Примерно через 4–7 миллиардов лет, когда синтез водорода в ядре Солнца уменьшится до такой степени, что Солнце больше не будет находиться в гидростатическом равновесии , его ядро ​​подвергнется заметному увеличению плотности и температуры, что приведет к расширению его внешних слоев. в конечном итоге превратив Солнце 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 , выделяющим ничтожную энергию.

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 स्वर् ( 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 helios происходит редкое прилагательное heliac ( / 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 sōlis , 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 . Она массивнее 95% близлежащих звезд в радиусе 7 пк. (~23 года) Солнце — это Население I , или богатое тяжелыми элементами, звезда. Ее образование примерно 4,6 миллиарда лет назад могло быть вызвано ударными волнами 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 климат и погоду Земли .

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. Остатки 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 наружу 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 нынешней 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 примерно 0,7 радиуса Солнца тепловое излучение является 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 наверху. 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, воспринимаемый 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 потемнение края . Спектр солнечного света примерно соответствует спектру черного тела, излучающего температуру 5772 К (9930 ° F), перемежающиеся линиями атомного поглощения из тонких слоев над фотосферой. Фотосфера имеет плотность частиц ~10 ²³ м ⁻³ (около 0,37% числа 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 пяти слоев: фотосферы, хромосферы , переходной области , короны и гелиосферы .

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 Hinode. солнечным оптическим телескопом

Над слоем 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 в 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 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.

28 апреля 2021 года солнечный зонд НАСА «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 относится к звезде G2 . означает, что это звезда главной последовательности G-типа , где 2 ее указывает, что температура поверхности находится во втором диапазоне класса G.

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 .

высокой энергии гамма-излучения 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 испускает количество электронных нейтрино, предсказанное теорией, но детекторы нейтрино отсутствовали 2/3 потому , из них 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

Большая группа солнечных пятен наблюдалась в белом свете

Солнечные пятна видны как темные пятна на фотосфере Солнца 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. При типичном солнечном минимуме видно мало солнечных пятен, а иногда их вообще не видно. Те, что действительно появляются, находятся в высоких солнечных широтах. По мере того, как солнечный цикл приближается 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 внутри конвективной зоны 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 корональные выбросы 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.

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.

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. Траектория звезды одной солнечной массы на диаграмме Герцшпрунга – Рассела показана 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. ЕКА « Гайя» в 2022 году, через 8 миллиардов лет Солнце будет в самой горячей точке. 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 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 ; подсчитано, что 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 становится немного ниже, чем сегодня. Тогда она достигнет красного скопления или горизонтальной ветви , но звезда металличности Солнца не будет развиваться в синем направлении вдоль горизонтальной ветви. Вместо этого в течение примерно 100 миллионов лет он просто 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 радиусе 10 световых лет от Солнца 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. потенциально обитаемая экзопланета В 2016 году 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 «Волна Рэдклиффа» и «Сплит» линейными структурами (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% каждый 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 .

The Sun's idealized orbit around the Galactic Center in an artist's top-down depiction of the current layout of the Milky Way.

История наблюдений

Раннее понимание

Смотрите также: Солнце в культуре.

The Trundholm sun chariot pulled by a horse is a sculpture believed to be illustrating an important part of Nordic Bronze Age mythology.

Солнце было объектом почитания во многих культурах на протяжении всей истории человечества. 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.

In the early first millennium BC, Babylonian astronomers observed that the Sun's motion along the ecliptic is not uniform, though they did not know why; it is today known that this is due to the movement of Earth in an elliptic orbit around the Sun, with Earth moving faster when it is nearer to the Sun at perihelion and moving slower when it is farther away at aphelion.

One of the first people to offer a scientific or philosophical explanation for the Sun was the Greek philosopher Anaxagoras. He reasoned that it was not the chariot of Helios, but instead a giant flaming ball of metal even larger than the land of the Peloponnesus and that the Moon reflected the light of the Sun. For teaching this heresy, he was imprisoned by the authorities and sentenced to death, though he was later released through the intervention of Pericles. Eratosthenes estimated the distance between Earth and the Sun in the third century BC as "of stadia myriads 400 and 80000", the translation of which is ambiguous, implying either 4,080,000 stadia (755,000 km) or 804,000,000 stadia (148 to 153 million kilometers or 0.99 to 1.02 AU); the latter value is correct to within a few percent. In the first century AD, Ptolemy estimated the distance as 1,210 times the radius of Earth, approximately 7.71 million kilometers (0.0515 AU).

The theory that the Sun is the center around which the planets orbit was first proposed by the ancient Greek Aristarchus of Samos in the third century BC, and later adopted by Seleucus of Seleucia (see Heliocentrism). This view was developed in a more detailed mathematical model of a heliocentric system in the 16th century by Nicolaus Copernicus.

Development of scientific understanding

Sol, the Sun, from a 1550 edition of Guido Bonatti's Liber astronomiae

Observations of sunspots were recorded during the Han Dynasty (206 BC–AD 220) by Chinese astronomers, who maintained records of these observations for centuries. Averroes also provided a description of sunspots in the 12th century. The invention of the telescope in the early 17th century permitted detailed observations of sunspots by Thomas Harriot, Galileo Galilei and other astronomers. Galileo posited that sunspots were on the surface of the Sun rather than small objects passing between Earth and the Sun.

Arabic astronomical contributions include Al-Battani's discovery that the direction of the Sun's apogee (the place in the Sun's orbit against the fixed stars where it seems to be moving slowest) is changing. (In modern heliocentric terms, this is caused by a gradual motion of the aphelion of the Earth's orbit). Ibn Yunus observed more than 10,000 entries for the Sun's position for many years using a large astrolabe.

From an observation of a transit of Venus in 1032, the Persian astronomer and polymath Ibn Sina concluded that Venus was closer to Earth than the Sun. In 1677, Edmond Halley observed a transit of Mercury across the Sun, leading him to realize that observations of the solar parallax of a planet (more ideally using the transit of Venus) could be used to trigonometrically determine the distances between Earth, Venus, and the Sun. Careful observations of the 1769 transit of Venus allowed astronomers to calculate the average Earth–Sun distance as 93,726,900 miles (150,838,800 km), only 0.8% greater than the modern value.

Sun as seen in Hydrogen-alpha light

In 1666, Isaac Newton observed the Sun's light using a prism, and showed that it is made up of light of many colors. In 1800, William Herschel discovered infrared radiation beyond the red part of the solar spectrum. The 19th century saw advancement in spectroscopic studies of the Sun; Joseph von Fraunhofer recorded more than 600 absorption lines in the spectrum, the strongest of which are still often referred to as Fraunhofer lines. The 20th century brought about several specialized systems for observing the Sun, especially at different narrowband wavelengths, such as those using Calcium H (396.9 nm), K (393.37 nm) and Hydrogen-alpha (656.46 nm) filtering.

During early studies of the optical spectrum of the photosphere, some absorption lines were found that did not correspond to any chemical elements then known on Earth. In 1868, Norman Lockyer hypothesized that these absorption lines were caused by a new element that he dubbed helium, after the Greek Sun god Helios. Twenty-five years later, helium was isolated on Earth.

In the early years of the modern scientific era, the source of the Sun's energy was a significant puzzle. Lord Kelvin suggested that the Sun is a gradually cooling liquid body that is radiating an internal store of heat. Kelvin and Hermann von Helmholtz then proposed a gravitational contraction mechanism to explain the energy output, but the resulting age estimate was only 20 million years, well short of the time span of at least 300 million years suggested by some geological discoveries of that time. In 1890, Joseph Lockyer, who discovered helium in the solar spectrum, proposed a meteoritic hypothesis for the formation and evolution of the Sun.

Not until 1904 was a documented solution offered. Ernest Rutherford suggested that the Sun's output could be maintained by an internal source of heat, and suggested radioactive decay as the source. However, it would be Albert Einstein who would provide the essential clue to the source of the Sun's energy output with his mass–energy equivalence relation E = mc². In 1920, Sir Arthur Eddington proposed that the pressures and temperatures at the core of the Sun could produce a nuclear fusion reaction that merged hydrogen (protons) into helium nuclei, resulting in a production of energy from the net change in mass. The preponderance of hydrogen in the Sun was confirmed in 1925 by Cecilia Payne using the ionization theory developed by Meghnad Saha. The theoretical concept of fusion was developed in the 1930s by the astrophysicists Subrahmanyan Chandrasekhar and Hans Bethe. Hans Bethe calculated the details of the two main energy-producing nuclear reactions that power the Sun. In 1957, Margaret Burbidge, Geoffrey Burbidge, William Fowler and Fred Hoyle showed that most of the elements in the universe have been synthesized by nuclear reactions inside stars, some like the Sun.

Solar space missions

See also: Solar observatory

Illustration of Pioneer 6, 7, 8, and 9

The first satellites designed for long term observation of the Sun from interplanetary space were NASA's Pioneers 6, 7, 8 and 9, which were launched between 1959 and 1968. These probes orbited the Sun at a distance similar to that of Earth, and made the first detailed measurements of the solar wind and the solar magnetic field. Pioneer 9 operated for a particularly long time, transmitting data until May 1983.

In the 1970s, two Helios spacecraft and the Skylab Apollo Telescope Mount provided scientists with significant new data on solar wind and the solar corona. The Helios 1 and 2 probes were U.S.–German collaborations that studied the solar wind from an orbit carrying the spacecraft inside Mercury's orbit at perihelion. The Skylab space station, launched by NASA in 1973, included a solar observatory module called the Apollo Telescope Mount that was operated by astronauts resident on the station. Skylab made the first time-resolved observations of the solar transition region and of ultraviolet emissions from the solar corona. Discoveries included the first observations of coronal mass ejections, then called "coronal transients", and of coronal holes, now known to be intimately associated with the solar wind.

Drawing of a Solar Maximum Mission probe

In 1980, the Solar Maximum Mission probes were launched by NASA. This spacecraft was designed to observe gamma rays, X-rays and UV radiation from solar flares during a time of high solar activity and solar luminosity. Just a few months after launch, however, an electronics failure caused the probe to go into standby mode, and it spent the next three years in this inactive state. In 1984, Space Shuttle Challenger mission STS-41C retrieved the satellite and repaired its electronics before re-releasing it into orbit. The Solar Maximum Mission subsequently acquired thousands of images of the solar corona before re-entering Earth's atmosphere in June 1989.

Launched in 1991, Japan's Yohkoh (Sunbeam) satellite observed solar flares at X-ray wavelengths. Mission data allowed scientists to identify several different types of flares and demonstrated that the corona away from regions of peak activity was much more dynamic and active than had previously been supposed. Yohkoh observed an entire solar cycle but went into standby mode when an annular eclipse in 2001 caused it to lose its lock on the Sun. It was destroyed by atmospheric re-entry in 2005.

The Solar and Heliospheric Observatory, jointly built by the European Space Agency and NASA, was launched on 2 December 1995. Originally intended to serve a two-year mission, SOHO remains in operation as of 2024. Situated at the Lagrangian point between Earth and the Sun (at which the gravitational pull from both is equal), SOHO has provided a constant view of the Sun at many wavelengths since its launch. Besides its direct solar observation, SOHO has enabled the discovery of a large number of comets, mostly tiny sungrazing comets that incinerate as they pass the Sun.

Ulysses spacecraft testing at the vacuum spin-balancing facility

Artist rendition of the Parker Solar Probe

All these satellites have observed the Sun from the plane of the ecliptic, and so have only observed its equatorial regions in detail. The Ulysses probe was launched in 1990 to study the Sun's polar regions. It first traveled to Jupiter, to "slingshot" into an orbit that would take it far above the plane of the ecliptic. Once Ulysses was in its scheduled orbit, it began observing the solar wind and magnetic field strength at high solar latitudes, finding that the solar wind from high latitudes was moving at about 750 km/s, which was slower than expected, and that there were large magnetic waves emerging from high latitudes that scattered galactic cosmic rays.

Elemental abundances in the photosphere are well known from spectroscopic studies, but the composition of the interior of the Sun is more poorly understood. A solar wind sample return mission, Genesis, was designed to allow astronomers to directly measure the composition of solar material.

• Solar Terrestrial Relations Observatory (STEREO) mission was launched in October 2006. Two identical spacecraft were launched into orbits that caused them to (respectively) pull further ahead of and fall gradually behind Earth. This enables stereoscopic imaging of the Sun and solar phenomena, such as coronal mass ejections.
• The Solar Dynamics Observatory was launched in 2010 and monitors the Sun from a geosynchronous orbit around Earth.
• Parker Solar Probe was launched in 2018 aboard a Delta IV Heavy rocket and will reach a perihelion of 0.046 AU in 2025, making it the closest-orbiting manmade satellite as the first spacecraft to fly low into the solar corona.
• Solar Orbiter mission (SolO) was launched in 2020 and will reach a minimum perihelion of 0.28 AU, making it the closest satellite with sun-facing cameras.
• CubeSat for Solar Particles (CuSP) was launched as a rideshare on Artemis 1 on 16 November 2022 to study particles and magnetic fields.
• Indian Space Research Organisation has launched a 100 kg satellite named Aditya-L1 on 2 September 2023. Its main instrument will be a coronagraph for studying the dynamics of the solar corona.

Unsolved problems

Coronal heating

Main article: Stellar corona

Unsolved problem in astronomy:

Why is the Sun's corona so much hotter than the Sun's surface?

(more unsolved problems in astronomy)

The temperature of the photosphere is approximately 6,000 K, whereas the temperature of the corona reaches 1,000,000–2,000,000 K. The high temperature of the corona shows that it is heated by something other than direct heat conduction from the photosphere.

It is thought that the energy necessary to heat the corona is provided by turbulent motion in the convection zone below the photosphere, and two main mechanisms have been proposed to explain coronal heating. The first is wave heating, in which sound, gravitational or magnetohydrodynamic waves are produced by turbulence in the convection zone. These waves travel upward and dissipate in the corona, depositing their energy in the ambient matter in the form of heat. The other is magnetic heating, in which magnetic energy is continuously built up by photospheric motion and released through magnetic reconnection in the form of large solar flares and myriad similar but smaller events—nanoflares.

Currently, it is unclear whether waves are an efficient heating mechanism. All waves except Alfvén waves have been found to dissipate or refract before reaching the corona. In addition, Alfvén waves do not easily dissipate in the corona. Current research focus has therefore shifted towards flare heating mechanisms.

Faint young Sun

Main article: Faint young Sun paradox

Unsolved problem in astronomy:

How could the early Earth have had liquid water if the Sun's output is predicted to have only been 70% as intense as it is today?

(more unsolved problems in astronomy)

Theoretical models of the Sun's development suggest that 3.8 to 2.5 billion years ago, during the Archean eon, the Sun was only about 75% as bright as it is today. Such a weak star would not have been able to sustain liquid water on Earth's surface, and thus life should not have been able to develop. However, the geological record demonstrates that Earth has remained at a fairly constant temperature throughout its history and that the young Earth was somewhat warmer than it is today. One theory among scientists is that the atmosphere of the young Earth contained much larger quantities of greenhouse gases (such as carbon dioxide, methane) than are present today, which trapped enough heat to compensate for the smaller amount of solar energy reaching it.

However, examination of Archaean sediments appears inconsistent with the hypothesis of high greenhouse concentrations. Instead, the moderate temperature range may be explained by a lower surface albedo brought about by less continental area and the lack of biologically induced cloud condensation nuclei. This would have led to increased absorption of solar energy, thereby compensating for the lower solar output.

Observation by eyes

The Sun seen from Earth, with glare from the lenses. The eye also sees glare when looked towards the Sun directly.

The brightness of the Sun can cause pain from looking at it with the naked eye; however, doing so for brief periods is not hazardous for normal non-dilated eyes. Looking directly at the Sun (sungazing) causes phosphene visual artifacts and temporary partial blindness. It also delivers about 4 milliwatts of sunlight to the retina, slightly heating it and potentially causing damage in eyes that cannot respond properly to the brightness. Viewing of the direct Sun with the naked eye can cause UV-induced, sunburn-like lesions on the retina beginning after about 100 seconds, particularly under conditions where the UV light from the Sun is intense and well focused.

Viewing the Sun through light-concentrating optics such as binoculars may result in permanent damage to the retina without an appropriate filter that blocks UV and substantially dims the sunlight. When using an attenuating filter to view the Sun, the viewer is cautioned to use a filter specifically designed for that use. Some improvised filters that pass UV or IR rays, can actually harm the eye at high brightness levels. Brief glances at the midday Sun through an unfiltered telescope can cause permanent damage.

During sunrise and sunset, sunlight is attenuated because of Rayleigh scattering and Mie scattering from a particularly long passage through Earth's atmosphere, and the Sun is sometimes faint enough to be viewed comfortably with the naked eye or safely with optics (provided there is no risk of bright sunlight suddenly appearing through a break between clouds). Hazy conditions, atmospheric dust, and high humidity contribute to this atmospheric attenuation.

An optical phenomenon, known as a green flash, can sometimes be seen shortly after sunset or before sunrise. The flash is caused by light from the Sun just below the horizon being bent (usually through a temperature inversion) towards the observer. Light of shorter wavelengths (violet, blue, green) is bent more than that of longer wavelengths (yellow, orange, red) but the violet and blue light is scattered more, leaving light that is perceived as green.

Religious aspects

Main article: Solar deity

Sun and Immortal Birds Gold Ornament by ancient Shu people. The center is a sun pattern with twelve points around which four birds fly in the same counterclockwise direction. Ancient Kingdom of Shu, coinciding with the Shang dynasty.

Solar deities play a major role in many world religions and mythologies. Worship of the Sun was central to civilizations such as the ancient Egyptians, the Inca of South America and the Aztecs of what is now Mexico. In religions such as Hinduism, the Sun is still considered a god, known as Surya. Many ancient monuments were constructed with solar phenomena in mind; for example, stone megaliths accurately mark the summer or winter solstice (for example in Nabta Playa, Egypt; Mnajdra, Malta; and Stonehenge, England); Newgrange, a prehistoric human-built mount in Ireland, was designed to detect the winter solstice; the pyramid of El Castillo at Chichén Itzá in Mexico is designed to cast shadows in the shape of serpents climbing the pyramid at the vernal and autumnal equinoxes.

The ancient Sumerians believed that the Sun was Utu, the god of justice and twin brother of Inanna, the Queen of Heaven, who was identified as the planet Venus. Later, Utu was identified with the East Semitic god Shamash. Utu was regarded as a helper-deity, who aided those in distress.

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, возможно, 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 .

См. 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
• Солнце в художественной литературе
• 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 .
• Томпсон, MJ (август 2004 г.). «Солнечная недра: гелиосейсмология и внутренняя часть Солнца» . Астрономия и геофизика . 45 (4): 21–25. Бибкод : 2004A&G....45d..21T . дои : 10.1046/j.1468-4004.2003.45421.x .

Внешние ссылки

• В ролях: Астрономия: Солнце
• Спутниковые наблюдения светимости Солнца. Архивировано 11 июня 2017 года на Wayback Machine.
• Анимация – Будущее Солнца
• «Термоядерное искусство – Солнце в Ultra-HD» | Центр космических полетов Годдарда
• «Десятилетие Солнца» | Центр космических полетов Годдарда