Солнце – звезда в центре Солнечной системы . _ Это массивный горячий шар плазмы , надутый и нагретый энергией, вырабатываемой реакциями ядерного синтеза в его ядре. Часть этой внутренней энергии излучается с ее поверхности в виде света , ультрафиолетового и инфракрасного излучения, обеспечивая большую часть энергии для жизни на Земле .
Солнце движется вокруг галактического центра Млечного Пути на расстоянии 26 660 световых лет . С Земли это в среднем1 АЕ (1,496 × 10 8 км ) или примерно в 8 световых минутах от нас. Его диаметр составляет около1 391 400 км (864 600 миль ;4,64 лс ), в 109 раз больше земного или 4 лунных расстояний . Его масса примерно в 330 000 раз больше массы Земли, что составляет около 99,86% от общей массы Солнечной системы. [16] Примерно три четверти массы Солнца состоит из водорода (~73%); остальное — в основном гелий (~25%) с гораздо меньшим количеством более тяжелых элементов, включая кислород , углерод , неон и железо . [17]
Солнце — звезда главной последовательности G-типа (G2V), неофициально называемая желтым карликом , хотя на самом деле ее свет белый. Он образовался примерно 4,6 миллиарда [а] [13] [18] 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 в ее ядре начался ядерный синтез . Считается, что почти все звезды образуются в результате этого процесса .
Каждую секунду ядро Солнца превращает около 600 миллионов тонн водорода в гелий и при этом преобразует 4 миллиона тонн вещества в энергию . Эта энергия, которой может потребоваться от 10 000 до 170 000 лет, чтобы покинуть ядро, является источником солнечного света и тепла. В далеком будущем, 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 заставит его внешние слои расширяться, в конечном итоге преобразуя Солнце. в красного гиганта . Этот процесс сделает Солнце достаточно большим, чтобы сделать Землю непригодной для жизни примерно через пять миллиардов лет. После этого Солнце сбросит свои внешние слои и станет плотным типом остывающей звезды ( белым карликом ) и больше не будет производить энергию путем термоядерного синтеза, но все еще будет светиться и выделять тепло от своего предыдущего синтеза в течение триллионов лет. Предполагается, что после этого он превратится в сверхплотного черного карлика , больше не выделяющего энергии.
Огромное влияние Солнца на Землю было признано с доисторических времен ; В некоторых культурах Солнце считалось божеством . Синодическое вращение Земли и ее орбита вокруг Солнца лежат в основе некоторых солнечных календарей . Преобладающим календарем, используемым сегодня, является григорианский календарь , который основан на стандартной интерпретации наблюдаемого движения Солнца 16-го века как фактического движения. [19]
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 . [20] [21] В конечном итоге это связано со словом, обозначающим солнце , в других ветвях индоевропейской языковой семьи, хотя в большинстве случаев встречается именительная основа с буквой l , а не основа родительного падежа с буквой n , как, например, в латинском sōl , древнегреческом ἥλιος ( hēlios ), валлийском haul и чешском slunce , а также (с *l > r ) санскритском स्वर ( svár ) и персидском 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 др. [21]
Основные прилагательные Солнца в английском языке — солнечный , обозначающий солнечный свет, и, в техническом контексте, солнечный ( / ˈ s oʊ l ər / ), [3] от латинского sol [22] – последний встречается в таких терминах, как солнечный день , солнечный затмение и Солнечная система . От греческого слова «гелиос» происходит редкое прилагательное «гелиак» ( / ˈ h iː l i æ k / ). [23] 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 / ), [2] [1] 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 . [24]
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». [25] Астрономический символ Солнца — круг с точкой в центре..svg/1280px-Sun_symbol_(fixed_width).svg.png){kind=small}
. Он используется для таких единиц, как M ☉ ( Масса Солнца ), R ☉ ( Радиус Солнца ) и L ☉ ( Светимость Солнца ).
Солнце — звезда главной последовательности G-типа , составляющая около 99,86% массы Солнечной системы. Солнце имеет абсолютную величину +4,83 и, по оценкам, ярче примерно 85% звезд Млечного Пути , большинство из которых являются красными карликами . [26] [27] Солнце относится к группе населения I , или звезде, богатой тяжелыми элементами, [b] . [28] Его формирование могло быть вызвано ударными волнами от одной или нескольких близлежащих сверхновых . [29] 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. [28]
Солнце — безусловно, самый яркий объект на небе Земли , с видимой величиной −26,74. [30] [31] 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 от центра Солнца до центра Земли, хотя это расстояние меняется (примерно на +/- 2,5 миллиона км или 1,55 миллиона миль) по мере движения Земли от перигелия . примерно 3 января до афелия примерно 4 июля. [32] Расстояния могут варьироваться от 147 098 074 км (перигелий) до 152 097 701 км (афелий), а экстремальные значения могут варьироваться от 147 083 346 км до 152 112 126 км. [33] На среднем расстоянии свет проходит от горизонта Солнца до горизонта Земли примерно за 8 минут и 20 секунд, [34] в то время как свет от ближайших точек Солнца и Земли занимает примерно на две секунды меньше. Энергия этого солнечного света поддерживает почти всю жизнь [c] на Земле посредством фотосинтеза [ 35] и определяет климат и погоду Земли .
Солнце не имеет определенной границы, но его плотность убывает экспоненциально с увеличением высоты над фотосферой . [36] Для целей измерения радиус Солнца считается расстоянием от его центра до края фотосферы, видимой видимой поверхности Солнца. [37] По этим меркам Солнце представляет собой почти идеальную сферу, сжатие которой оценивается в 9 миллионных, [38] [39] [40] что означает, что его полярный диаметр отличается от экваториального диаметра всего на 10 километров (6,2 мили). ). [41] Приливное воздействие планет слабое и существенно не влияет на форму Солнца. [42] 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. [43] Если смотреть с точки зрения над северным полюсом, Солнце вращается против часовой стрелки вокруг своей оси вращения. [д] [44]
Солнце состоит в основном из химических элементов водорода и гелия . В этот период жизни Солнца на их долю приходится соответственно 74,9% и 23,8% массы Солнца в фотосфере. [45] Все более тяжелые элементы, называемые в астрономии металлами , составляют менее 2% массы, включая кислород (примерно 1% массы Солнца), углерод (0,3%), неон (0,2%) и железо (0,2%). %) являются наиболее распространенными. [46]
В исследованиях Солнца чаще выражают содержание каждого элемента в dex, который представляет собой масштабированную логарифмическую единицу. , где «e» — рассматриваемый элемент, а nH — 10 12 атомов водорода. По определению содержание водорода составляет 12, содержание гелия колеблется примерно от 10,3 до 10,5 в зависимости от фазы солнечного цикла, [47] углерода — 8,47, неона — 8,29, кислорода — 7,69 [48] и железа — 7,62.
Первоначальный химический состав Солнца был унаследован от межзвездной среды, из которой оно образовалось. Первоначально он должен был содержать около 71,1% водорода, 27,4% гелия и 1,5% более тяжелых элементов. [45] 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 межзвездной среды на заключительных стадиях звездной жизни и такими событиями, как сверхновые . [49]
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. Внутри ядра доля гелия 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 [50] , и постепенно начало формироваться внутреннее ядро из гелия, которое невозможно синтезировать, поскольку в настоящее время ядро Солнца недостаточно горячо или плотно, чтобы синтезировать 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 . [51]
Химический состав фотосферы обычно считается типичным для состава первичной Солнечной системы. [52] Описанные выше содержания тяжелых элементов на Солнце обычно 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. [17]
Ядро Солнца простирается от центра примерно на 20–25% солнечного радиуса. [53] Имеет плотность до150 г/см 3 [54] [55] (примерно в 150 раз больше плотности воды) и температура около 15,7 миллионов Кельвинов (К). [55] Напротив, температура поверхности Солнца составляет примерно5800 К. Недавний анализ данных миссии SOHO свидетельствует в пользу более высокой скорости вращения в ядре, чем в радиационной зоне выше. [53] На протяжении большей части жизни Солнца энергия производилась путем ядерного синтеза в центральной области через протон-протонную цепочку ; этот процесс превращает водород в гелий. [56] В настоящее время только 0,8% энергии, вырабатываемой на Солнце, поступает из другой последовательности термоядерных реакций, называемой циклом CNO , хотя ожидается, что эта доля будет увеличиваться по мере того, как Солнце становится старше и ярче. [57] [58]
Ядро — единственная область на Солнце, 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). [59] [60]
Протон-протонная цепочка возникает вокруг9,2 × 10 37 раз в секунду в ядре, конвертируя около 3,7 × 1038 протонов превращаются в альфа-частицы (ядра гелия) каждую секунду (из общего числа ~8,9 × 1056 свободных протонов на Солнце), или около6,2 × 10 11 кг/с . Однако каждому протону (в среднем) требуется около 9 миллиардов лет, чтобы слиться друг с другом по цепочке PP. [59] При слиянии четырех свободных протонов (ядер водорода) в одну альфа-частицу (ядро гелия) высвобождается около 0,7% слитой массы в виде энергии, [61] поэтому Солнце выделяет энергию со скоростью преобразования массы в энергию 4,26 миллиона метрических единиц. тонн в секунду (для чего требуется 600 метрических мегатонн водорода [62] ), на 384,6 йоттаватт (3,846 × 10 26 Вт ), [5] или 9,192 × 1010 мегатонн 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, [63] что, по мнению Карла Крузельницкого , примерно такой же плотности мощности внутри компостной кучи. . [64]
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. [65] [66]
Радиационная зона — это самый толстый слой Солнца, равный 0,45 солнечного радиуса. От ядра до примерно 0,7 радиуса Солнца тепловое излучение является основным средством передачи энергии. [67] С увеличением расстояния от ядра температура падает примерно с 7 миллионов до 2 миллионов Кельвинов. [55] 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. [55] Ионы водорода и гелия испускают фотоны, которые проходят лишь небольшое расстояние, прежде чем снова поглощаются другими ионами. [67] Плотность падает в сто раз (с 20 000 кг/м 3 до 200 кг/м 3 ) между 0,25 радиуса Солнца и 0,7 радиуса, вершиной радиационной зоны. [67]
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. [68] В настоящее время предполагается (см. Солнечное динамо ), что магнитное динамо внутри этого слоя генерирует магнитное поле Солнца . [55]
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 до 5700 К (в 350 раз), 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 атмосферы). зона). [55]
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. [55] Тепловые столбы Солнца представляют собой ячейки Бенара и имеют форму примерно шестиугольных призм. [69]
_as_of_January_20,_2020.jpg/1280px-Highest_resolution_photo_of_Sun_(NSF)_as_of_January_20,_2020.jpg)
Видимая поверхность Солнца, фотосфера, представляет собой слой, ниже которого Солнце становится непрозрачным для видимого света. [70] Фотоны, образующиеся в этом слое, покидают Солнце через прозрачную солнечную атмосферу над ним и становятся солнечным излучением, солнечным светом. Изменение непрозрачности происходит из-за уменьшения количества ионов H- , которые легко поглощают видимый свет. [70] И наоборот, видимый нами видимый свет образуется в результате реакции электронов с атомами водорода с образованием ионов H - . [71] [72]
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. [70] Спектр солнечного света примерно соответствует спектру черного тела , излучающего температуру 5777 К (5504 °C; 9939 °F), с вкраплениями линий 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. [73]
В ходе ранних исследований оптического спектра фотосферы были обнаружены некоторые линии поглощения, не соответствующие ни одному известному тогда на Земле химическому элементу . 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. [74]
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. [75]
Самый холодный слой Солнца — это область минимума температуры, простирающаяся примерно дона высоте 500 км над фотосферой и имеет температуру около4100 К. _ [70] Эта часть Солнца достаточно холодная, чтобы обеспечить существование простых молекул, таких как окись углерода и вода, которые можно обнаружить по их спектрам поглощения. [76] Хромосфера, переходная область и корона намного горячее, чем поверхность Солнца. [70] Причина не совсем понятна, но данные свидетельствуют о том, что альфвеновские волны могут иметь достаточно энергии, чтобы нагреть корону. [77]
Над слоем температурного минимума находится слой околоТолщина 2000 км , в ней преобладает спектр линий излучения и поглощения. [70] Ее называют хромосферой от греческого корня chroma , что означает цвет, поскольку хромосфера видна как цветная вспышка в начале и конце полных солнечных затмений. [67] Температура хромосферы постепенно увеличивается с высотой, достигая примерно20 000 К около верха. [70] В верхней части хромосферы гелий частично ионизируется . [78]
Над хромосферой, в тонкой (около200 км ) переходная область, температура быстро повышается примерноот 20 000 К в верхней хромосфере до корональных температур, близких к1 000 000 К. [79] Повышению температуры способствует полная ионизация гелия в переходной области, что существенно снижает радиационное охлаждение плазмы. [78] Переходная область не возникает на четко определенной высоте. Скорее, он образует своего рода нимб вокруг хромосферных элементов, таких как спикулы и нити , и находится в постоянном хаотическом движении. [67] Переходную область нелегко увидеть с поверхности Земли, но ее легко наблюдать из космоса с помощью приборов, чувствительных к крайней ультрафиолетовой части спектра . [80]
.jpg/1280px-2017_Total_Solar_Eclipse_(35909952653).jpg)
Корона — следующий слой Солнца. Низкая корона вблизи поверхности Солнца имеет плотность частиц от 10 15 м -3 до 10 16 м -3 . [78] [д] Средняя температура короны и солнечного ветра составляет около 1 000 000–2 000 000 К; однако в самых жарких регионах она составляет 8 000 000–20 000 000 К. [79] Хотя еще не существует полной теории, объясняющей температуру короны, известно, что по крайней мере часть ее тепла возникает в результате магнитного пересоединения . [79] [81] Корона — это расширенная атмосфера Солнца, объём которой намного превышает объём фотосферы Солнца. Поток плазмы от Солнца в межпланетное пространство — это солнечный ветер . [81]
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, [82] 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 движется наружу через гелиосферу, [83] [84] придавая солнечному магнитному полю спиральную форму, [81] пока не воздействует на гелиопаузу более чем на50 а.е. от Солнца. В декабре 2004 года зонд «Вояджер-1» прошел через ударный фронт, который, как полагают, является частью гелиопаузы. [85] 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 , [86] и действительно сделал это 25 августа 2012 года на расстоянии примерно 122 астрономических единиц (18 Тм) от Солнца. [87] Гелиосфера имеет гелиохвост , который вытягивается за ней из-за движения Солнца. [88]
28 апреля 2021 года во время своего восьмого пролета вокруг Солнца 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 поверхность Альфвена , границу, отделяющую корону от солнечного ветра, определяемую как где Альвеновская скорость корональной плазмы и скорость крупномасштабного солнечного ветра равны. [89] [90] Зонд измерил плазменную среду солнечного ветра с помощью инструментов FIELDS и SWEAP. [91] Это событие было описано НАСА как «касание Солнца». [89] 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. [89]
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. [92] [93] 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. [94] Солнце является звездой G2V , причем G2 указывает на температуру его поверхности примерно 5778 К (5505 °C; 9941 °F), а V указывает на то, что оно, как и большинство звезд, является звездой главной последовательности . [59] [95]
Солнечная постоянная — это количество энергии, которое Солнце выделяет на единицу площади, подвергающейся непосредственному воздействию солнечного света. Солнечная постоянная равна примерно1368 Вт/м 2 (ватт на квадратный метр) на расстоянии одной астрономической единицы (а.е.) от Солнца (то есть на орбите Земли или вблизи нее). [96] Солнечный свет на поверхности Земли ослабляется земной атмосферой , поэтому на поверхность поступает меньше энергии (ближе к1000 Вт/м 2 ) в ясных условиях, когда Солнце находится вблизи зенита . [97] Солнечный свет в верхних слоях атмосферы Земли состоит (по общей энергии) из примерно 50% инфракрасного света, 40% видимого света и 10% ультрафиолетового света. [98] Атмосфера, в частности, отфильтровывает более 70% солнечного ультрафиолета, особенно на более коротких длинах волн. [99] Солнечное ультрафиолетовое излучение ионизирует дневные верхние слои атмосферы Земли, создавая электропроводящую ионосферу . [100]
Ультрафиолетовый свет Солнца обладает антисептическими свойствами и может использоваться для дезинфекции инструментов и воды. Он также вызывает солнечные ожоги и имеет другие биологические эффекты, такие как выработка витамина D и солнечный загар . Это также 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. [101]
Фотоны гамма -излучения высокой энергии, 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. [102] 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. [103]
Нейтрино также выделяются в результате реакций синтеза в ядре, но, в отличие от фотонов, они редко взаимодействуют с веществом, поэтому почти все они могут немедленно покинуть Солнце. В течение многих лет измерения количества нейтрино, производимых на Солнце, были в 3 раза ниже, чем предсказывали теории. Это несоответствие было устранено в 2001 году благодаря открытию эффектов нейтринных осцилляций : Солнце излучает количество нейтрино, предсказанное Это теория, но детекторы нейтрино отсутствовали 2/3 из них , потому что к моменту обнаружения нейтрино изменили аромат . [104]
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 . [5] 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. [105] [106] [107]
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 . [81] 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 в солнечном ветре формируется тонкий токовый слой . [81]
На больших расстояниях вращение Солнца скручивает диполярное магнитное поле и соответствующий токовый слой в архимедову спиральную структуру, называемую спиралью Паркера. [81] Межпланетное магнитное поле значительно сильнее дипольной составляющей магнитного поля Солнца. Дипольное магнитное поле Солнца величиной 50–400 мкТл (в фотосфере) уменьшается пропорционально обратному кубу расстояния, что приводит к предсказанному магнитному полю 0,1 нТл на расстоянии от Земли. Однако, по данным космических наблюдений, межпланетное поле в районе Земли составляет около 5 нТл, то есть примерно в сто раз больше. [108] Разница обусловлена магнитными полями, генерируемыми электрическими токами в плазме, окружающей Солнце.
Солнечные пятна видны как темные пятна на фотосфере Солнца и соответствуют концентрациям магнитного поля, при которых конвективный перенос тепла из недр Солнца на поверхность затруднен. 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. [109]
11-летний цикл солнечных пятен представляет собой половину 22-летнего динамо- цикла Бэбкока – Лейтона , 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, генерируемое за счет дифференциального вращения 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 . [110] [111]
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. [112] [113]
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. [114] 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, [115] которое, в свою очередь, может повлиять на долгосрочный климат Земли. [116] 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. [117] Ранее расширенные минимумы были обнаружены посредством анализа годичных колец и, по-видимому, совпадали с глобальными температурами ниже среднего. [118]
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. [119]
.jpg/1280px-The_life_cycle_of_a_Sun-like_star_(annotated).jpg)
Сегодня Солнце находится примерно на середине наиболее стабильного периода своей жизни. Он не изменился кардинально за более чем четыре миллиарда лет и останется достаточно стабильным еще примерно пять миллиардов лет. Однако после того, как синтез водорода в его ядре прекратится, Солнце претерпит кардинальные изменения, как внутренние, так и внешние. Она более массивна, чем 71 из 75 других звезд в пределах 5 пк [120] или в верхних ~5 процентах.
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. [121] Этот возраст оценивается с помощью компьютерных моделей звездной эволюции и с помощью нуклеокосмохронологии . [13] Результат согласуется с радиометрической датой появления самого старого материала Солнечной системы — 4,567 миллиарда лет назад. [122] [123] 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. Ударная волна от ближайшей сверхновой могла бы спровоцировать образование Солнца, сжимая материю внутри молекулярного облака и вызывая коллапс определенных областей под действием собственной гравитации. [124] Когда один фрагмент облака рухнул, он также начал вращаться из-за сохранения углового момента и нагреваться с увеличением давления. [125] Большая часть массы сосредоточилась в центре, тогда как остальная часть сплюснулась в диск, который впоследствии стал планетами и другими телами Солнечной системы. [126] [127] Гравитация и давление внутри ядра облака произвели много тепла, поскольку оно накопило больше материи из окружающего диска, что в конечном итоге вызвало ядерный синтез . [128]
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. [129] [130]
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 миллионов тонн 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. Перед фазой красного гиганта Солнце проведет в общей сложности примерно 10–11 миллиардов лет в качестве звезды главной последовательности. [131] По данным космической обсерватории ЕКА «Гайя» в 2022 году, через 8 миллиардов лет Солнце будет в самой горячей точке. [132]
Солнце постепенно становится горячее в ядре, горячее на поверхности, больше по радиусу и ярче во время пребывания на главной последовательности: с начала жизни на главной последовательности оно расширилось в радиусе на 15%, а поверхность температура увеличилась с 5620 К (5350 ° C; 9 660 ° F) до 5 777 К (5 504 ° C; 9 939 ° F), что привело к увеличению светимости на 48% с 0,677 солнечной светимости до современной 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. [133] 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. [134] После этого Земля перестанет поддерживать сложную многоклеточную жизнь, и последние оставшиеся многоклеточные организмы на планете подвергнутся окончательному, полному массовому вымиранию . [135]
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 . [133] [136] [137] Нагрев из-за гравитационного сжатия также приведет к расширению Солнца и синтезу водорода в оболочке сразу за пределами ядра, где остается нерасплавленный водород, способствуя увеличению светимости, которая в конечном итоге достигнет более светимость более чем в 1000 раз превышает нынешнюю. [133] Когда Солнце войдет в фазу ветви красных гигантов (RGB), оно поглотит Меркурий и (вероятно) Венеру, достигнув примерно 0,75 а.е. (110 миллионов км; 70 миллионов миль). [137] [138] Солнце проведет в RGB около миллиарда лет и потеряет около трети своей массы. [137]
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 . [139] 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 просто становится умеренно больше и ярче, поскольку продолжает вступать в реакцию с гелием в ядре. [137]
Когда гелий исчерпается, Солнце повторит расширение, которому оно последовало, когда исчерпался водород в ядре. На этот раз, однако, все происходит быстрее, и Солнце становится больше и ярче, поглощая Венеру, если еще этого не произошло. 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, а радиус - более чем до 1 а.е. (150 миллионов км; 93 миллиона миль). [140]
Согласно модели 2008 года, орбита Земли первоначально расширится максимум до 1,5 а.е. (220 миллионов км; 140 миллионов миль) из-за потери массы Солнца как красного гиганта. Однако позже орбита Земли 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 3,8 и 1 миллион лет после Меркурия и Венеру постигла та же участь. 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. [137] Для Солнца прогнозируются четыре тепловых импульса, прежде чем оно полностью потеряет внешнюю оболочку и начнет образовывать планетарную туманность . К концу этой фазы, продолжающейся примерно 500 000 лет, Солнце будет иметь лишь около половины своей нынешней массы.
Эволюция постасимптотической гигантской ветви происходит еще быстрее. Светимость остается примерно постоянной по мере повышения температуры: выброшенная половина массы Солнца ионизируется в планетарную туманность , когда обнаженное ядро достигает 30 000 К (29 700 ° C; 53 500 ° F), как будто оно находится в своего рода синем цвете . петля . Последнее обнаженное ядро, белый карлик , будет иметь температуру более 100 000 К (100 000 ° C; 180 000 ° F) и содержать примерно 54,05% современной массы Солнца. [137] Планетарная туманность рассеется примерно через 10 000 лет, но белый карлик просуществует триллионы лет, прежде чем превратиться в гипотетического сверхплотного черного карлика . [141] [142] Таким образом, он не будет выделять больше энергии в течение даже более длительного времени, чем был белым карликом. [143]
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, системы спутников Юпитера, Сатурна и Урана в некотором смысле подобны миниатюрным версиям системы Солнца. [144]
Солнце движется под действием гравитационного притяжения планет. Центр Солнца всегда находится в пределах 2,2 солнечного радиуса от барицентра. Это движение Солнца обусловлено главным образом четырьмя большими планетами. Каждая планета в ряду Юпитер, Сатурн, Нептун, Уран имеет примерно вдвое больший эффект (момент инерции), чем следующая. В некоторые периоды в несколько десятилетий (когда Нептун и Уран находятся в оппозиции ) движение довольно регулярное, образуя узор трилистника , тогда как между этими периодами оно выглядит более хаотичным. [ нужен лучший источник ] [145] Через 179 лет (в девять раз больше синодического периода Юпитера и Сатурна) картина более или менее повторяется, но поворачивается примерно на 24°. [146] Орбиты внутренних планет, включая орбиты Земли, аналогичным образом смещаются под действием тех же гравитационных сил, поэтому движение Солнца мало влияет на относительное положение Земли и Солнца или на солнечное излучение на планете. Земля как функция времени. [147]
Солнечная система окружена Местным межзвездным облаком , хотя неясно, включено ли оно в Местное межзвездное облако или находится сразу за краем облака. [149] [150] В области в пределах 300 световых лет от Солнца, известной как Местный пузырь, также существует множество других межзвездных облаков . [150] Последняя особенность представляет собой полость в форме песочных часов или сверхпузырь в межзвездной среде диаметром примерно 300 световых лет. Пузырь наполнен высокотемпературной плазмой, что позволяет предположить, что он может быть продуктом нескольких недавних сверхновых. [151]
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. [152] Все эти структуры являются частью Рукава Ориона , в котором находится большинство звезд Млечного Пути, видимых невооруженным глазом. Плотность всей материи в локальной окрестности равна0,097 ± 0,013 М ☉ ·пк -3 . [153]
В пределах десяти световых лет от Солнца находится относительно мало звезд, ближайшей из которых является тройная звездная система Альфа Центавра , которая находится на расстоянии около 4,4 световых лет и может находиться в G-облаке Местного пузыря . [154] Альфа Центавра A и B — тесно связанная пара звезд, подобных Солнцу , тогда как ближайшая к Земле звезда, маленький красный карлик Проксима Центавра , вращается вокруг пары на расстоянии 0,2 светового года. В 2016 году было обнаружено, что вокруг Проксимы Центавра вращается потенциально обитаемая экзопланета , названная Проксима Центавра b , ближайшая к Солнцу подтвержденная экзопланета. [155]
Следующие ближайшие известные фузоры к Солнцу - красные карлики Звезда Барнарда (5,9 св. лет), Вольф 359 (7,8 св. лет) и Лаланд 21185 (8,3 св. лет). [156] Ближайшие коричневые карлики относятся к двойной системе Лумана 16 (6,6 св. лет), а ближайшим известным странным или свободно плавающим объектом планетарной массы с массой менее 10 масс Юпитера является субкоричневый карлик WISE 0855−0714 (7,4 ли). [157]
Чуть дальше на высоте 8,6 св. лет находится Сириус , самая яркая звезда на ночном небе Земли , примерно в два раза превышающая массу Солнца, вокруг которой вращается ближайший к Земле белый карлик , Сириус B. Другие звезды в пределах десяти световых лет — это двойная система красных карликов Глизе. 65 (8,7 св. лет) и одиночный красный карлик Росс 154 (9,7 св. лет). [158] [159] Ближайшая к Солнечной системе одиночная звезда типа Солнца — Тау Кита, расположенная на расстоянии 11,9 световых лет. Он имеет примерно 80% массы Солнца, но лишь около половины его светимости. [160]
Ближайшей и видимой без посторонней помощи группой звезд за пределами непосредственной небесной окрестности является движущаяся группа Большой Медведицы на расстоянии примерно 80 световых лет, которая находится внутри Местного пузыря, как и ближайшее , а также видимое без посторонней помощи звездное скопление Гиады , которые лежат на его краю. 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. [161]
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), [162] на полный оборот требуется около 220-250 миллионов земных лет ( галактический год ), [163] сделав это примерно 20 раз с момента образования Солнца. [164] Направление движения Солнца, апекс Солнца, находится примерно в направлении звезды Вега .
Солнце было объектом почитания во многих культурах на протяжении всей истории человечества. Наиболее фундаментальное представление человечества о Солнце — как о светящемся диске на небе, присутствие которого 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. [165]
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 отражала свет Солнца. [166] 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.). [167]
Теория о том, что Солнце является центром, вокруг которого вращаются планеты, была впервые предложена древнегреком Аристархом Самосским в третьем веке до нашей эры, а позднее принята Селевком Селевкийским (см. Гелиоцентризм ). Эта точка зрения была развита в более подробной математической модели гелиоцентрической системы в 16 веке Николаем Коперником .
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. [168] Изобретение телескопа в начале 17 века позволило Томасу Харриоту , Галилео Галилею и другим астрономам проводить детальные наблюдения за солнечными пятнами. Галилей утверждал, что солнечные пятна находятся на поверхности Солнца, а не мелких объектов, проходящих между Землей и Солнцем. [169]
Вклады арабов в астрономию включают открытие Аль-Баттани о том, что направление апогея Солнца (место на орбите Солнца относительно неподвижных звезд, где оно движется медленнее всего) меняется. [170] (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 . [171]
Наблюдение за транзитом Венеры в 1032 году персидский астроном и эрудит Ибн Сина пришел к выводу, что Венера была ближе к Земле, чем Солнце. [172] В 1672 году Джованни Кассини и Жан Рише определили расстояние до Марса и тем самым смогли вычислить расстояние до Солнца.
В 1666 году Исаак Ньютон наблюдал свет Солнца с помощью призмы и показал, что он состоит из света многих цветов. [173] В 1800 году Уильям Гершель обнаружил инфракрасное излучение за пределами красной части солнечного спектра. [174] В 19 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 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. [175] Кельвин и Герман фон Гельмгольц затем предложили механизм гравитационного сжатия , чтобы объяснить выход энергии, но полученная оценка возраста составила всего 20 миллионов лет, что значительно меньше временного интервала в 300 миллионов лет, предполагаемого некоторыми геологическими открытиями этого процесса. время. [175] [176] В 1890 году Джозеф Локьер , открывший гелий в солнечном спектре, предложил метеоритную гипотезу формирования и эволюции Солнца. [177]
Лишь в 1904 году было предложено документированное решение. Эрнест Резерфорд предположил, что излучение Солнца может поддерживаться за счет внутреннего источника тепла, и предложил в качестве источника радиоактивный распад . [178] Однако именно Альберт Эйнштейн дал бы существенный ключ к разгадке источника выходной энергии Солнца с помощью своего соотношения эквивалентности массы и энергии E = mc 2 . [179] 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. [180] Преобладание водорода на Солнце было подтверждено в 1925 году Сесилией Пейн с использованием 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. [181] [182] 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. [183]
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. [184] [185]
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 «Гелиос-2» представляли собой совместную работу США и Германии, которая изучала солнечный ветер с орбиты, на которой космический корабль находился внутри орбиты Меркурия в перигелии. [186] Космическая станция «Скайлэб», запущенная НАСА в 1973 году, включала в себя модуль солнечной обсерватории под названием «Телескоп Аполлон», которым управляли астронавты, проживающие на станции. [80] Скайлэб провел первые наблюдения с временным разрешением области солнечного перехода и ультрафиолетового излучения солнечной короны. [80] 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. [186]
В 1970-е годы многие исследования были сосредоточены на содержании элементов группы железа на Солнце. [187] [188] Хотя были проведены значительные исследования, до 1978 года было трудно определить содержание некоторых элементов группы железа (например, кобальта и марганца ) с помощью спектрографии из-за их сверхтонкой структуры . [187] Первый в значительной степени полный набор сил осцилляторов однократно ионизированных элементов группы железа был доступен в 1960-х годах, [189] и впоследствии они были улучшены. [190] В 1978 г. были получены содержания однократно ионизированных элементов группы железа. [187] Различные авторы рассматривали существование градиента изотопного состава солнечных и планетарных благородных газов , [191] например корреляции между изотопным составом неона и ксенона на Солнце и на планетах. [192] До 1983 года считалось, что все Солнце имеет тот же состав, что и солнечная атмосфера. [193] В 1983 году утверждалось, что именно фракционирование на самом Солнце стало причиной взаимосвязи изотопного состава между планетарными и имплантированными солнечным ветром благородными газами. [193]
В 1980 году НАСА запустило зонды Solar Maximum Mission . 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 «Солнечный максимум» впоследствии получила тысячи изображений солнечной короны перед тем, как снова войти в атмосферу Земли в июне 1989 года. [194]
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. [195]
Одной из наиболее важных солнечных миссий на сегодняшний день была Солнечная и гелиосферная обсерватория , построенная совместно Европейским космическим агентством и НАСА и запущенная 2 декабря 1995 года . 2012 был одобрен в октябре 2009 года. [196] Он оказался настолько полезным, что в феврале 2010 года была запущена последующая миссия, Обсерватория солнечной динамики . [197] Расположена в точке Лагранжа между Землей и Солнцем (в которой гравитационное притяжение обоих одинаково), SOHO обеспечивает постоянный обзор Солнца на многих длинах волн с момента его запуска. [80] Помимо прямых наблюдений за Солнцем, SOHO позволил открыть большое количество комет , в основном крошечных комет , пасущихся на солнце, которые сгорают при прохождении мимо Солнца. [198]
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 позволила бы ему подняться 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. [199]
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. [200]
Почему солнечная корона намного горячее поверхности Солнца?
Температура фотосферы составляет около 6000 К, тогда как температура короны достигает1 000 000–2 000 000 К. [79] Высокая температура короны показывает, что она нагревается не за счет прямой теплопроводности фотосферы. [81]
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. [79] Первый — волновой нагрев, при котором звуковые, гравитационные или магнитогидродинамические волны возникают за счет турбулентности в зоне конвекции. [79] Эти волны движутся вверх и рассеиваются в короне, отдавая свою энергию окружающей среде в виде тепла. [207] 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 . [208]
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. [209] Кроме того, альфвеновские волны нелегко рассеиваются в короне. Поэтому в настоящее время фокус исследований сместился в сторону механизмов факельного нагрева. [79]
Как на ранней Земле могла быть жидкая вода, если, согласно прогнозам, интенсивность излучения Солнца была лишь на 70% такой интенсивной, как сегодня?
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 учёных 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 поступающей к ней солнечной энергии . [210]
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. [211]
.jpg/1280px--_panoramio_(785).jpg)
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 . [212] [213] Взгляд прямо на Солнце ( наблюдение за солнцем ) вызывает фосфеновые зрительные 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. [214] [215] 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 интенсивно и хорошо сфокусировано. [216] [217]
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. [218] Краткие взгляды на полуденное Солнце в телескоп без фильтров могут нанести необратимый ущерб. [219]
Во время восхода и заката солнечный свет ослабляется из-за рассеяния Рэлея и рассеяния Ми в результате особенно длительного прохождения сквозь атмосферу Земли [220] , а Солнце иногда достаточно слабое, чтобы его было удобно наблюдать невооруженным глазом или безопасно с помощью оптики (при условии, что есть нет риска внезапного появления яркого солнечного света сквозь разрыв между облаками). Туманная погода, атмосферная пыль и высокая влажность способствуют этому атмосферному ослаблению. [221]
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 более коротких волн (фиолетовый, синий, зеленый) преломляется сильнее, чем свет более длинных волн (желтый, оранжевый, красный), но фиолетовый и синий свет рассеиваются сильнее , в результате чего свет воспринимается как зеленый. [222]
Солнечные божества играют важную роль во многих мировых религиях и мифологиях. [223] Поклонение Солнцу занимало центральное место в таких цивилизациях, как древние египтяне , инки Южной Америки и ацтеки 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 , [224] [225] бог справедливости и брат-близнец Инанны , Царицы Небесной , [224] которую отождествляли с планетой Венера. [225] Позже Уту отождествляли с восточно-семитским богом Шамашем . [224] [225] Уту считался божеством-помощником, который помогал тем, кто попал в беду. [224]
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 . [226] [227]
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 . [228] [229] [230]
В протоиндоевропейской религии Солнце олицетворялось богиней *Сех 2 ул . [231] [232] Производные этой богини в индоевропейских языках включают древнескандинавское Соль , санскритское Сурья , галльское Сулис , литовское Сауле и славянское Солнце . [232] В древнегреческой религии солнечным божеством был бог-мужчина Гелиос, [233] который в более поздние времена был синкретизирован с Аполлоном . [234]
В Библии Малахия 4:2 упоминает «Солнце праведности» (иногда переводимое как «Солнце справедливости»), [235] [236] которое некоторые христиане интерпретируют как ссылку на Мессию ( Христа ). [237] 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 ). Христиане приняли его как день субботний . 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. [238]
Тонатиу , ацтекский бог солнца, [239] был тесно связан с практикой человеческих жертвоприношений . [239] Богиня Солнца Аматэрасу является самым важным божеством в религии синтоизма , [240] [241] и считается, что она является прямым предком всех японских императоров . [240]
В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .В данную статью включен текст из этого источника, находящегося в свободном доступе .Каждую секунду Солнце сжигает 620 миллионов тонн водорода...
НАСА поддерживало связь с «Пионером-9» до мая 1983 года.
Никогда не смотрите прямо на Солнце через какое-либо оптическое оборудование, даже на мгновение. Кратковременного взгляда на Солнце в телескоп достаточно, чтобы вызвать необратимое повреждение глаз или даже слепоту. Даже смотреть на Солнце невооруженным глазом более секунды-двух небезопасно. Не думайте, что смотреть на Солнце через фильтр безопасно, каким бы темным ни был фильтр.
Определения из Викисловаря
СМИ из Commons
Цитаты из Wikiquote
