Солнце — звезда в центре Солнечной системы . Это массивная, почти идеальная сфера горячей плазмы , нагретая добела ядерными реакциями синтеза в ее ядре, излучающая энергию со своей поверхности в основном в виде видимого света и инфракрасного излучения с 10% в ультрафиолетовом диапазоне. Это, безусловно, самый важный источник энергии для жизни на Земле . Солнце было объектом почитания во многих культурах. Оно 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 это1 астрономическая единица (1,496 × 10 8 км ) или около 8 световых минут . Его диаметр составляет около1 391 400 км (864 600 миль ), в 109 раз больше Земли. Его масса примерно в 330 000 раз больше массы Земли, что составляет около 99,86% от общей массы Солнечной системы. Примерно три четверти массы Солнца состоит из водорода (~73%); остальная часть в основном гелий (~25%), с гораздо меньшим количеством более тяжелых элементов, включая кислород , углерод , неон и железо .
Солнце — звезда главной последовательности класса G (G2V), неофициально называемая желтым карликом , хотя на самом деле ее свет белый. Оно образовалось примерно 4,6 миллиарда [a] лет назад в результате гравитационного коллапса материи в области большого молекулярного облака . Большая часть этой материи собралась в центре, тогда как остальная часть сплющилась в орбитальный диск, который стал Солнечной системой . Центральная масса стала настолько горячей и плотной, что в конечном итоге инициировала ядерный синтез в своем ядре . Каждую секунду ядро Солнца сплавляет около 600 миллиардов килограммов (кг) водорода в гелий и преобразует 4 миллиарда кг материи в энергию .
Примерно через 4–7 миллиардов лет, когда термоядерный синтез водорода в ядре Солнца уменьшится до точки, в которой Солнце больше не будет находиться в гидростатическом равновесии , его ядро претерпит заметное увеличение 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 с настоящего момента. Модели предполагают, что после фазы красного гиганта Солнце сбросит свои внешние слои и станет плотным типом остывающей звезды ( белым карликом ) и больше не будет вырабатывать энергию путем термоядерного синтеза, но все еще будет светиться и выделять тепло от своего предыдущего синтеза в течение, возможно, триллионов лет. После этого, как предполагается, оно станет сверхплотным черным карликом , выделяющим ничтожно мало энергии.
Английское слово sun произошло от древнеанглийского sunne . Родственные слова встречаются в других германских языках , включая западно-фризский sinne , голландский zon , нижненемецкий Sünn , стандартный немецкий Sonne , баварский Sunna , древнескандинавский sunna и готский sunnō . Все эти слова происходят от протогерманского * sunnōn . [17] [18] Это в конечном итоге связано со словом, обозначающим солнце, в других ветвях индоевропейской языковой семьи, хотя в большинстве случаев обнаруживается основа именительного падежа 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 स्वर् ( svár ) и персидском خور ( xvar ). Действительно, основа l сохранилась также в протогерманском языке, как * sōwelan , которая дала начало готскому sauil (наряду с sunnō ) и древнескандинавскому прозаическому sól (наряду с поэтическим sunna ), а через него и словам, обозначающим солнце в современных скандинавских языках: шведскому и датскому sol , исландскому sól и т. д. [18]
Основные прилагательные для Солнца в английском языке — sunny для солнечного света и, в техническом контексте, solar ( / ˈ s oʊ l ər / ), [3] от латинского sol . [19] От греческого helios происходит редкое прилагательное heliac ( / ˈ h iː l i æ k / ). [20] В английском языке греческие и латинские слова встречаются в поэзии как олицетворения Солнца, Helios ( / ˈ h iː l i ə s / ) и Sol ( / ˈ s ɒ l / ), [2] [1] в то время как в научной фантастике Sol может использоваться, чтобы отличить Солнце от других звезд. Термин sol с маленькой буквы s используется планетарными астрономами для продолжительности солнечных суток на другой планете, такой как Марс . [21]
Астрономический символ Солнца — круг с точкой в центре,.svg/1280px-Sun_symbol_(fixed_width).svg.png){kind=small}
. [22] Он используется для таких единиц, как M ☉ ( масса Солнца ), R ☉ ( радиус Солнца ) и L ☉ ( светимость Солнца ). [23] [24]
Солнце — звезда главной последовательности класса G , составляющая около 99,86% массы Солнечной системы. [25] Его абсолютная величина составляет +4,83, что, по оценкам, ярче, чем около 85% звезд в Млечном Пути , большинство из которых являются красными карликами . [26] [27] Оно массивнее, чем 95% звезд в пределах 7 пк (23 световых года). [28] Солнце — звезда населения I , или богатая тяжелыми элементами, [b] . [29] Его образование примерно 4,6 миллиарда лет назад могло быть вызвано ударными волнами от одной или нескольких соседних сверхновых . [30] [31] Это подтверждается высоким содержанием тяжелых элементов в Солнечной системе, таких как золото и уран , по сравнению с содержанием этих элементов в так называемых звездах населения II , бедных тяжелыми элементами. Тяжелые элементы, вероятнее всего, могли быть получены в результате эндотермических ядерных реакций во время вспышки сверхновой или путем трансмутации посредством поглощения нейтронов внутри массивной звезды второго поколения. [29]
Солнце, безусловно, является самым ярким объектом на земном небе , его видимая величина составляет −26,74. [32] [33] Это примерно в 13 миллиардов раз ярче, чем следующая по яркости звезда, Сириус , видимая величина которой составляет −1,46. [34]
Одна астрономическая единица (около 150 миллионов километров; 93 миллиона миль) определяется как среднее расстояние между центрами Солнца и Земли. Мгновенное расстояние изменяется примерно на ± 2,5 миллиона км или 1,55 миллиона миль, когда Земля движется от перигелия ~ 3 января до афелия ~ 4 июля. [35] На своем среднем расстоянии свет проходит от горизонта Солнца до горизонта Земли примерно за 8 минут и 20 секунд, [36] в то время как свет от ближайших точек Солнца и Земли проходит примерно на две секунды меньше. Энергия этого солнечного света поддерживает почти всю жизнь [c] на Земле посредством фотосинтеза , [37] и управляет климатом и погодой Земли . [38]
Солнце не имеет определенной границы, но его плотность экспоненциально уменьшается с увеличением высоты над фотосферой . [39] Для целей измерения радиусом Солнца считается расстояние от его центра до края фотосферы, видимой поверхности Солнца. [40] Согласно этой мере, Солнце представляет собой почти идеальную сферу со сплющенностью, оцениваемой в 9 миллионных, [41] [42] [43] что означает, что его полярный диаметр отличается от его экваториального диаметра всего на 10 километров (6,2 мили). [44] Приливное воздействие планет слабое и не оказывает существенного влияния на форму Солнца. [45]
Солнце вращается быстрее на своем экваторе, чем на своих 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 приблизительно 25,6 дней на экваторе и 33,5 дня на полюсах. Если смотреть с Земли, когда она вращается вокруг Солнца, видимый период вращения Солнца на его экваторе составляет около 28 дней. [46] Если смотреть с точки зрения над его северным полюсом, Солнце вращается против часовой стрелки вокруг своей оси вращения. [d] [47]
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 ультрафиолетовым излучением. Солнечные пятна покрывали бы 5–30% поверхности. [48] Скорость вращения постепенно замедлялась магнитным торможением , поскольку магнитное поле Солнца взаимодействовало с исходящим солнечным ветром. [49] 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 больше средней скорости вращения поверхности. [50] [51]
Солнце состоит в основном из элементов водорода и гелия . В это время жизни Солнца они составляют 74,9% и 23,8% соответственно массы Солнца в фотосфере. [52] Все более тяжелые элементы, называемые в астрономии металлами , составляют менее 2% массы, причем наиболее распространенными являются кислород (примерно 1% массы Солнца), углерод (0,3%), неон (0,2%) и железо (0,2%). [53]
Первоначальный химический состав Солнца был унаследован от межзвездной среды , из которой оно образовалось. Первоначально он состоял примерно из 71,1% водорода, 27,4% гелия и 1,5% более тяжелых элементов. [52] Водород и большая часть гелия в Солнце были произведены в результате нуклеосинтеза Большого взрыва в первые 20 минут существования Вселенной, а более тяжелые элементы были произведены предыдущими поколениями звезд до того, как образовалось Солнце, и распространились в межзвездной среде на последних стадиях звездной жизни и в результате таких событий, как сверхновые . [54]
С момента образования Солнца основной процесс термоядерного синтеза включал синтез водорода в гелий. За последние 4,6 миллиарда лет количество гелия и его расположение внутри Солнца постепенно менялись. Доля гелия в ядре увеличилась с примерно 24% до примерно 60% из-за термоядерного синтеза, а часть гелия и тяжелых элементов осели из фотосферы к центру Солнца из-за гравитации . Пропорции более тяжелых элементов не изменились. Тепло переносится наружу из ядра Солнца излучением, а не конвекцией (см. Зона излучения ниже), поэтому продукты термоядерного синтеза не выносятся наружу теплом; они остаются в ядре, [55] и постепенно начало формироваться внутреннее ядро гелия, которое не может быть синтезировано, потому что в настоящее время ядро Солнца недостаточно горячее или плотное, чтобы синтезировать гелий. В нынешней фотосфере доля гелия снижена, а металличность составляет всего 84% от того, что было 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 . [56]
Химический состав фотосферы обычно считается репрезентативным для состава первичной Солнечной системы. [57] Обычно описанное выше содержание тяжелых элементов на Солнце измеряется 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, таким образом, не подвержены влиянию осаждения тяжелых элементов. Оба метода в целом хорошо согласуются. [58]
Ядро Солнца простирается от центра примерно на 20–25% солнечного радиуса. [59] Его плотность составляет до150 г/см 3 [60] [61] (примерно в 150 раз больше плотности воды) и температура близка к 15,7 миллионам кельвинов (К). [61] Напротив, температура поверхности Солнца составляет около5800 K. Недавний анализ данных миссии SOHO поддерживает идею о том, что ядро вращается быстрее, чем радиационная зона за его пределами. [59] На протяжении большей части жизни Солнца энергия вырабатывалась путем ядерного синтеза в области ядра через протон-протонную цепочку ; этот процесс превращает водород в гелий. [62] В настоящее время 0,8% энергии, вырабатываемой на Солнце, поступает из другой последовательности реакций синтеза, называемой циклом CNO ; ожидается, что доля, поступающая из цикла CNO, будет увеличиваться по мере того, как Солнце становится старше и ярче. [63] [64]
Ядро — единственная область Солнца, которая производит заметное количество тепловой энергии посредством синтеза; 99% энергии Солнца генерируется в самых внутренних 24% его радиуса, и почти никакой синтез не происходит за пределами 30% радиуса. Остальная часть Солнца нагревается этой энергией, поскольку она передается наружу через множество последовательных слоев, в конечном итоге в солнечную фотосферу, где она уходит в космос посредством излучения (фотоны) или адвекции (массивные частицы). [65] [66]
Протон-протонная цепочка происходит вокруг9,2 × 10 37 раз каждую секунду в ядре, преобразуя около 3,7 × 1038 протонов 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 с другим с помощью цепи PP. [65] Слияние четырех свободных протонов (ядер водорода) в одну альфа-частицу (ядро гелия) высвобождает около 0,7% от слитой массы в виде энергии, [67] поэтому Солнце высвобождает энергию со скоростью преобразования массы в энергию 4,26 миллиарда кг/с (что требует 600 миллиардов кг водорода [68] ), для 384,6 йоттаватт (3,846 × 10 26 Вт ), [5] или 9,192 × 1010 мегатонн тротила в секунду. Большая выходная мощность Солнца обусловлена в основном 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 приблизительно 276,5 Вт на кубический метр в центре ядра, [69] что, по словам Карла Крушельницкого , примерно равно плотности мощности внутри компостной кучи . [70]
Скорость синтеза в ядре находится в самокорректирующемся равновесии: немного более высокая скорость синтеза заставила бы ядро сильнее нагреться и немного расшириться под действием веса внешних слоев, уменьшив плотность и, следовательно, скорость синтеза и исправив возмущение ; а немного более низкая скорость заставила бы ядро немного остыть и сжаться, увеличив плотность и скорость синтеза и снова вернув ее к нынешнему уровню. [71] [72]
Лучистая зона — самый толстый слой Солнца, толщиной 0,45 солнечных радиусов. От ядра до примерно 0,7 солнечных радиусов тепловое излучение является основным средством передачи энергии. [73] Температура падает примерно от 7 миллионов до 2 миллионов кельвинов с увеличением расстояния от ядра. [61] 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. [61] Ионы водорода и гелия испускают фотоны, которые проходят лишь короткое расстояние, прежде чем поглощаются другими ионами. [73] Плотность падает в сто раз (с 20 000 кг/м 3 до 200 кг/м 3 ) между 0,25 солнечных радиусов и 0,7 радиусов, вершиной лучистой зоны. [73]
Зона излучения и зона конвекции разделены переходным слоем, тахоклином . Это область, где резкое изменение режима между равномерным вращением зоны излучения и дифференциальным вращением зоны конвекции приводит к большому сдвигу между ними — состоянию, когда последовательные горизонтальные слои скользят мимо друг друга. [74] В настоящее время предполагается, что магнитное динамо, или солнечное динамо , внутри этого слоя генерирует магнитное поле Солнца . [61]
Зона конвекции Солнца простирается от 0,7 радиуса Солнца (500 000 км) до поверхности. В этом слое солнечная плазма недостаточно плотная или горячая, чтобы передавать тепловую энергию недр наружу посредством излучения. Вместо этого плотность плазмы достаточно низкая, чтобы позволить конвективным потокам развиваться и перемещать энергию Солнца наружу к его поверхности. Материал, нагретый в тахоклине, забирает тепло и расширяется, тем самым уменьшая свою плотность и позволяя ему подниматься. В результате упорядоченное движение массы развивается в тепловые ячейки, которые переносят большую часть тепла наружу в фотосферу Солнца выше. Как только материал диффузионно и радиационно охлаждается прямо под поверхностью фотосферы, его плотность увеличивается, и он опускается к основанию зоны конвекции, где он снова забирает тепло из верхней части лучистой зоны, и конвективный цикл продолжается. В фотосфере температура упала в 350 раз до 5700 К (9800 °F), а плотность составила всего 0,2 г/м 3 (примерно 1/10 000 плотности воздуха на уровне моря и 1 миллионная часть плотности внутреннего слоя конвективной зоны). [61]
Тепловые колонны конвективной зоны формируют отпечаток на поверхности Солнца, придавая ей зернистый вид, называемый солнечной грануляцией в наименьшем масштабе и супергрануляцией в более крупных масштабах. Турбулентная конвекция в этой внешней части солнечной недр поддерживает «мелкомасштабное» динамо-действие над приповерхностным объемом Солнца. [61] Тепловые колонны Солнца являются ячейками Бенара и имеют форму примерно шестиугольных призм. [75]
_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. [76] 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. [ 76] И наоборот, воспринимаемый видимый свет образуется, когда электроны реагируют с атомами водорода, образуя ионы H− . [ 77] [78]
Фотосфера имеет толщину от десятков до сотен километров и немного менее непрозрачна, чем воздух на Земле. Поскольку верхняя часть фотосферы холоднее нижней, изображение Солнца кажется ярче в центре, чем на краю или краю солнечного диска, в явлении, известном как потемнение к краю . [76] Спектр солнечного света имеет приблизительно спектр черного тела , излучающего при 5772 К (9930 °F), [12] перемежаемый атомными линиями поглощения из разреженных слоев над фотосферой. Фотосфера имеет плотность частиц ~1023 м − 3 (около 0,37% от числа частиц на объем атмосферы Земли на уровне моря). Фотосфера не полностью ионизирована — степень ионизации составляет около 3%, оставляя почти весь водород в атомарной форме. [79]
Атмосфера Солнца состоит из пяти слоев: фотосферы, хромосферы , переходной области , короны и гелиосферы .
Самый холодный слой Солнца — это область минимальной температуры, простирающаяся примерно на500 км над фотосферой и имеет температуру около4100 К. [76] Эта часть Солнца достаточно холодная, чтобы допустить существование простых молекул, таких как оксид углерода и вода. [80] Хромосфера, переходная область и корона намного горячее поверхности Солнца. [76] Причина этого не совсем понятна, но данные свидетельствуют о том, что волны Альвена могут иметь достаточно энергии, чтобы нагреть корону. [81]
Выше минимального температурного слоя находится слой примерноТолщина 2000 км , в которой доминирует спектр линий излучения и поглощения. [76] Она называется хромосферой от греческого корня chroma , что означает цвет, потому что хромосфера видна как цветная вспышка в начале и конце полных солнечных затмений. [73] Температура хромосферы постепенно увеличивается с высотой, достигая примерно20 000 К вблизи вершины. [76] В верхней части хромосферы гелий становится частично ионизированным . [82]
Над хромосферой, в тонком (около200 км ) переходная область, температура быстро повышается примерно от20 000 К в верхней хромосфере до корональных температур ближе к1 000 000 К. [83] Повышение температуры происходит за счет полной ионизации гелия в переходной области, что значительно снижает радиационное охлаждение плазмы. [82] Переходная область не находится на четко определенной высоте, а образует своего рода нимб вокруг хромосферных особенностей , таких как спикулы и нити , и находится в постоянном хаотическом движении. [73] Переходная область нелегко увидеть с поверхности Земли, но ее легко наблюдать из космоса с помощью приборов, чувствительных к крайнему ультрафиолету . [84]
.jpg/1280px-2017_Total_Solar_Eclipse_(35909952653).jpg)
Корона — это следующий слой Солнца. Нижняя корона, вблизи поверхности Солнца, имеет плотность частиц около 10 15 м −3 до 10 16 м −3 . [82] [e] Средняя температура короны и солнечного ветра составляет около 1 000 000–2 000 000 К; однако в самых горячих регионах она составляет 8 000 000–20 000 000 К. [83] Хотя пока не существует полной теории, объясняющей температуру короны, известно, что по крайней мере часть ее тепла исходит от магнитного пересоединения . [83] [85] Корона — это протяженная атмосфера Солнца, объем которой намного больше объема, заключенного в фотосфере Солнца. Поток плазмы наружу от Солнца в межпланетное пространство — это солнечный ветер . [85]
Гелиосфера, разреженная внешняя атмосфера Солнца, заполнена плазмой солнечного ветра и начинается на расстоянии, где поток солнечного ветра становится сверхальфвеновским — то есть, где поток становится быстрее скорости альфвеновских волн [86] , примерно в 20 радиусах Солнца (0,1 а.е. ). Турбулентность и динамические силы в гелиосфере не могут повлиять на форму солнечной короны внутри, потому что информация может распространяться только со скоростью волн Альвена. Солнечный ветер непрерывно движется наружу через гелиосферу, [87] [88] формируя солнечное магнитное поле в спиральной форме, [85] пока он не скажется на гелиопаузе больше, чем50 а.е. от Солнца. В декабре 2004 года зонд Voyager 1 прошел через ударный фронт, который, как полагают, является частью гелиопаузы. [89] В конце 2012 года Voyager 1 зарегистрировал заметное увеличение столкновений космических лучей и резкое падение частиц с более низкой энергией из солнечного ветра, что позволило предположить, что зонд прошел через гелиопаузу и вошел в межзвездную среду , [90] и действительно сделал это 25 августа 2012 года, примерно в 122 астрономических единицах (18 Тл) от Солнца. [91] Гелиосфера имеет гелиохвост , который тянется позади нее из-за своеобразного движения Солнца через галактику. [92]
28 апреля 2021 года зонд Parker Solar Probe НАСА столкнулся со специфическими магнитными и частицевыми условиями на расстоянии 18,8 солнечных радиусов, которые указывали на то, что он проник через поверхность Альвена , границу, разделяющую корону и солнечный ветер, определяемую как место, где скорость Альвена корональной плазмы и скорость крупномасштабного солнечного ветра равны. [93] [94] Во время пролета зонд Parker Solar Probe несколько раз входил в корону и выходил из нее. Это подтвердило прогнозы о том, что критическая поверхность Альвена не имеет формы гладкого шара, а имеет шипы и впадины, которые сморщивают ее поверхность. [93]
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 высоко в небе. Солнечное излучение на длину волны достигает пика в зеленой части спектра при просмотре из космоса. [95] [96] Когда Солнце находится очень низко в небе, атмосферное рассеяние делает Солнце желтым, красным, оранжевым или пурпурным, а в редких случаях даже зеленым или синим . Некоторые культуры мысленно представляют Солнце желтым, а некоторые даже красным; культурные причины этого обсуждаются. [97] Солнце классифицируется как звезда G2 , [65] что означает, что это звезда G-типа , где 2 указывает на то , что температура его поверхности находится во втором диапазоне класса G.
Солнечная постоянная — это количество энергии, которое Солнце выделяет на единицу площади, которая непосредственно подвергается воздействию солнечного света. Солнечная постоянная равна приблизительно1368 Вт/м 2 (ватт на квадратный метр) на расстоянии одной астрономической единицы (АЕ) от Солнца (то есть на орбите Земли или вблизи нее). [98] Солнечный свет на поверхности Земли ослабляется атмосферой Земли , поэтому на поверхность (ближе к Земле) поступает меньше энергии.1000 Вт/м2 ) в ясных условиях, когда Солнце находится вблизи зенита . [99] Солнечный свет в верхней части атмосферы Земли состоит (по общей энергии) примерно из 50% инфракрасного света, 40% видимого света и 10% ультрафиолетового света. [100] Атмосфера отфильтровывает более 70% солнечного ультрафиолета, особенно на более коротких длинах волн. [101] Солнечное ультрафиолетовое излучение ионизирует дневную верхнюю атмосферу Земли, создавая электропроводящую ионосферу . [102]
Ультрафиолетовый свет от 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 загар . Это основная причина рака кожи . Ультрафиолетовый свет сильно ослабляется озоновым слоем Земли , поэтому количество УФ сильно варьируется в зависимости от широты и частично отвечает за многие биологические адаптации, включая изменения цвета кожи человека . [103]
Высокоэнергетические гамма- фотоны , первоначально высвобождаемые при реакциях синтеза в ядре, почти немедленно поглощаются солнечной плазмой радиационной зоны, обычно после прохождения всего нескольких миллиметров. Повторное излучение происходит в случайном направлении и обычно с немного меньшей энергией. При такой последовательности излучений и поглощений излучению требуется много времени, чтобы достичь поверхности Солнца. Оценки времени путешествия фотона колеблются от 10 000 до 170 000 лет. [104] Напротив, нейтрино , которые составляют около 2% от общего производства энергии Солнцем, требуется всего 2,3 секунды, чтобы достичь поверхности. Поскольку перенос энергии на Солнце представляет собой процесс, в котором фотоны находятся в термодинамическом равновесии с материей , временной масштаб переноса энергии на Солнце больше, порядка 30 000 000 лет. Это время, которое потребовалось бы Солнцу, чтобы вернуться в стабильное состояние, если бы скорость генерации энергии в его ядре внезапно изменилась. [105]
Электронные нейтрино высвобождаются в результате реакций синтеза в ядре, но, в отличие от фотонов, они редко взаимодействуют с материей, поэтому почти все они способны немедленно покинуть Солнце. Однако измерения количества этих нейтрино, произведенных на Солнце, ниже, чем предсказывают теории, в 3 раза. В 2001 году открытие нейтринных осцилляций разрешило это несоответствие: Солнце испускает количество электронных нейтрино, предсказанное теорией, но детекторы нейтрино не обнаруживали 2 ⁄ 3 из них, поскольку нейтрино изменили аромат к моменту обнаружения. [106]
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 элементах на Солнце, 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 изменением, в котором количество и размер солнечных пятен увеличивается и уменьшается. [107] [108] [109]
Солнечное магнитное поле простирается далеко за пределы самого Солнца. Электропроводящая плазма солнечного ветра переносит магнитное поле Солнца в космос, образуя то, что называется межпланетным магнитным полем . [85] В приближении, известном как идеальная магнитогидродинамика , частицы плазмы движутся только вдоль линий магнитного поля. В результате, текущий наружу солнечный ветер растягивает межпланетное магнитное поле наружу, заставляя его принимать примерно радиальную структуру. Для простого дипольного солнечного магнитного поля с противоположными полусферическими полярностями по обе стороны от солнечного магнитного экватора в солнечном ветре образуется тонкий токовый слой . На больших расстояниях вращение Солнца закручивает дипольное магнитное поле и соответствующий токовый слой в архимедову спиральную структуру, называемую спиралью Паркера . [85]
.tiff/lossy-page1-1280px-The_Largest_Sunspot_Group_(noao0114).tiff.jpg)
Солнечные пятна видны как темные участки на фотосфере Солнца и соответствуют концентрациям магнитного поля, где конвективный перенос тепла из внутренней части Солнца на поверхность затруднен. В результате солнечные пятна немного холоднее окружающей фотосферы, поэтому они кажутся темными. В типичный солнечный минимум видно немного солнечных пятен, а иногда их вообще не видно. Те, которые появляются, находятся на высоких солнечных широтах. По мере того, как солнечный цикл приближается к своему максимуму , солнечные пятна имеют тенденцию образовываться ближе к солнечному экватору, явление, известное как закон Шпёрера . Самые большие солнечные пятна могут иметь десятки тысяч километров в поперечнике. [110]
11-летний цикл солнечных пятен составляет половину 22-летнего цикла динамо Бабкока -Лейтона , который соответствует колебательному обмену энергией между тороидальными и полоидальными солнечными магнитными полями. В максимуме солнечного цикла внешнее полоидальное дипольное магнитное поле близко к минимальной силе динамо-цикла; но внутреннее тороидальное квадрупольное поле, генерируемое посредством дифференциального вращения внутри тахоклина, близко к максимальной силе. В этой точке динамо-цикла плавучий подъем внутри конвективной зоны заставляет тороидальное магнитное поле выходить через фотосферу, что приводит к появлению пар солнечных пятен, примерно выровненных по оси восток-запад и имеющих следы с противоположными магнитными полярностями. Магнитная полярность пар солнечных пятен чередуется каждый солнечный цикл, явление, описываемое законом Хейла . [111] [112]
Во время фазы спада солнечного цикла энергия смещается из внутреннего тороидального магнитного поля во внешнее полоидальное поле, и солнечные пятна уменьшаются в количестве и размере. В минимуме солнечного цикла тороидальное поле, соответственно, имеет минимальную силу, солнечные пятна относительно редки, а полоидальное поле имеет максимальную силу. С ростом следующего 11-летнего цикла солнечных пятен дифференциальное вращение смещает магнитную энергию обратно из полоидального в тороидальное поле, но с полярностью, противоположной предыдущему циклу. Процесс продолжается непрерывно, и в идеализированном, упрощенном сценарии каждый 11-летний цикл солнечных пятен соответствует изменению, следовательно, общей полярности крупномасштабного магнитного поля Солнца. [113] [114]
Магнитное поле Солнца приводит ко многим эффектам, которые в совокупности называются солнечной активностью . Солнечные вспышки и корональные выбросы массы, как правило, происходят в группах солнечных пятен. Медленно меняющиеся высокоскоростные потоки солнечного ветра испускаются из корональных дыр на поверхности фотосферы. Как корональные выбросы массы, так и высокоскоростные потоки солнечного ветра переносят плазму и межпланетное магнитное поле наружу в Солнечную систему. [115] Эффекты солнечной активности на Земле включают полярные сияния в умеренных и высоких широтах и нарушение радиосвязи и электроснабжения . Считается, что солнечная активность сыграла большую роль в формировании и развитии Солнечной системы . [116]
Некоторые ученые полагают, что долгосрочное вековое изменение числа солнечных пятен коррелирует с долгосрочным изменением солнечного излучения, [117] что, в свою очередь, может повлиять на долгосрочный климат Земли. [118] Солнечный цикл влияет на космические погодные условия, включая те, которые окружают Землю. Например, в 17 веке солнечный цикл, по-видимому, полностью остановился на несколько десятилетий; несколько солнечных пятен наблюдались в период, известный как минимум Маундера . Это совпало по времени с эпохой Малого ледникового периода , когда Европа испытала необычно низкие температуры. [119] Более ранние продолжительные минимумы были обнаружены с помощью анализа годичных колец деревьев и, по-видимому, совпали с более низкими, чем в среднем, глобальными температурами. [120]
Температура фотосферы составляет около 6000 К, тогда как температура короны достигает1 000 000–2 000 000 К. [83] Высокая температура короны показывает, что она нагревается чем-то иным, чем прямая теплопроводность от фотосферы. [85]
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. [83] Первый — волновой нагрев, при котором звуковые, гравитационные или магнитогидродинамические волны производятся турбулентностью в зоне конвекции. [83] Эти волны распространяются вверх и рассеиваются в короне, отдавая свою энергию окружающей материи в виде тепла. [121] Другой — магнитный нагрев, при котором магнитная энергия непрерывно накапливается фотосферным движением и высвобождается посредством магнитного пересоединения в форме крупных солнечных вспышек и множества похожих, но более мелких событий — нановспышек . [122]
В настоящее время неясно, являются ли волны эффективным механизмом нагрева. Было обнаружено, что все волны, за исключением волн Альвена, рассеиваются или преломляются до достижения короны. [123] Кроме того, волны Альвена нелегко рассеиваются в короне. Поэтому фокус современных исследований сместился в сторону механизмов нагрева вспышек. [83]
.jpg/1280px-The_life_cycle_of_a_Sun-like_star_(annotated).jpg)
Сегодня Солнце находится примерно на полпути к главной последовательности своей жизни. Оно не менялось кардинально более четырех миллиардов [a] лет и будет оставаться довольно стабильным еще около пяти миллиардов. Однако после того, как водородный синтез в его ядре прекратится, Солнце претерпит кардинальные изменения, как внутренние, так и внешние.
Солнце образовалось около 4,6 миллиарда лет назад в результате коллапса части гигантского молекулярного облака , состоявшего в основном из водорода и гелия, которое, вероятно, дало жизнь многим другим звездам. [124] Этот возраст оценивается с помощью компьютерных моделей звездной эволюции и посредством нуклеокосмохронологии . [13] Результат согласуется с радиометрической датировкой старейшего материала Солнечной системы, возрастом 4,567 миллиарда лет. [125] [126] Исследования древних метеоритов выявляют 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 вблизи места, где образовалось Солнце. Ударная волна от близлежащей сверхновой могла бы спровоцировать образование Солнца, сжав вещество внутри молекулярного облака и заставив определенные области схлопнуться под действием собственной гравитации. [127] Когда один фрагмент облака схлопнулся, он также начал вращаться из-за сохранения углового момента и нагреваться с ростом давления. [128] Большая часть массы сосредоточилась в центре, тогда как остальная часть сплющилась в диск, который стал планетами и другими телами Солнечной системы. [129] [130] Гравитация и давление внутри ядра облака генерировали много тепла, поскольку оно аккумулировало больше вещества из окружающего диска, в конечном итоге вызвав ядерный синтез . [131]
Звезды HD 162826 и HD 186302 имеют сходство с Солнцем и, таким образом, предположительно являются его звездными братьями, образовавшимися в одном и том же молекулярном облаке. [132] [133]
Солнце находится примерно на полпути к своей главной последовательности стадии, во время которой ядерные реакции синтеза в его ядре превращают водород в гелий. Каждую секунду более четырех миллиардов килограммов материи преобразуются в энергию в ядре Солнца, производя нейтрино и солнечное излучение . При такой скорости Солнце к настоящему времени преобразовало в энергию около 100 масс Земли, около 0,03% от общей массы Солнца. Солнце проведет в общей сложности приблизительно от 10 до 11 миллиардов лет в качестве звезды главной последовательности до фазы красного гиганта Солнца. [134] На отметке в 8 миллиардов лет Солнце будет в своей самой горячей точке, согласно миссии космической обсерватории Gaia Европейского космического агентства в 2022 году. [135]
Солнце постепенно становится горячее в своем ядре, горячее на поверхности, больше по радиусу и ярче за время своего пребывания на главной последовательности: с начала своей жизни на главной последовательности оно расширилось по радиусу на 15%, а температура поверхности увеличилась с 5620 К (9660 °F) до 5772 К (9930 °F), что привело к увеличению светимости на 48% с 0,677 солнечной светимости до его нынешней 1,0 солнечной светимости. Это происходит потому, что атомы гелия в ядре имеют более высокую среднюю молекулярную массу , чем атомы водорода , которые были синтезированы, что приводит к меньшему тепловому давлению. Поэтому ядро сжимается, позволяя внешним слоям Солнца перемещаться ближе к центру, высвобождая гравитационную потенциальную энергию . Согласно теореме вириала , половина этой высвобождаемой гравитационной энергии уходит на нагрев, что приводит к постепенному увеличению скорости, с которой происходит синтез, и, таким образом, к увеличению светимости. Этот процесс ускоряется по мере того, как ядро постепенно становится плотнее. [136] В настоящее время его яркость увеличивается примерно на 1% каждые 100 миллионов лет. Потребуется не менее 1 миллиарда лет, чтобы из-за такого увеличения на Земле полностью исчезла жидкая вода. [137] После этого Земля перестанет быть способной поддерживать сложную многоклеточную жизнь, и последние оставшиеся многоклеточные организмы на планете испытают окончательное, полное массовое вымирание . [138]
У Солнца недостаточно массы, чтобы взорваться как сверхновая . Вместо этого, когда примерно через 5 миллиардов лет в ядре закончится водород, термоядерный синтез в ядре прекратится, и ничто не будет 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 субгиганта , а затем в красного гиганта . [136] [139] [140] Нагрев из-за гравитационного сжатия также приведет к расширению Солнца и термоядерному синтезу водорода в оболочке сразу за пределами ядра, где остается нераспавшийся водород, способствуя увеличению светимости, которая в конечном итоге достигнет более чем в 1000 раз его нынешней светимости. [136] Когда Солнце войдет в фазу 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 Солнцем. Однако затем орбита Земли начнет сокращаться из-за приливных сил (и, в конечном итоге, сопротивления нижней хромосферы), так что она будет поглощена Солнцем во время вершины фазы ветви красных гигантов через 7,59 миллиарда лет с настоящего момента, через 3,8 и 1 миллион лет после того, как Меркурий и Венера соответственно пострадают от той же участи. [140]
К тому времени, когда Солнце достигнет вершины ветви красных гигантов, оно будет примерно в 256 раз больше, чем сегодня, с радиусом 1,19 а.е. (178 миллионов км; 111 миллионов миль). [140] [141] Солнце проведет около миллиарда лет в RGB и потеряет около трети своей массы. [140]
После ветви красных гигантов у Солнца осталось около 120 миллионов лет активной жизни, но многое происходит. Во-первых, ядро (полное вырожденного гелия) бурно воспламеняется во вспышке гелия ; по оценкам, 6% ядра — само по себе 40% массы Солнца — будет преобразовано в углерод в течение нескольких минут посредством процесса тройной альфа . [142] Затем Солнце сжимается примерно до 10 раз своего текущего размера и в 50 раз большей светимости, с температурой немного ниже, чем сегодня. Затем оно достигнет красного сгустка или горизонтальной ветви , но звезда с металличностью Солнца не эволюционирует в синем направлении вдоль горизонтальной ветви. Вместо этого она просто становится умеренно больше и ярче в течение примерно 100 миллионов лет, продолжая реагировать с гелием в ядре. [140]
Когда гелий иссякнет, Солнце повторит расширение, которое последовало за исчерпанием водорода в ядре. Однако на этот раз все происходит быстрее, и Солнце становится больше и ярче. Это фаза асимптотической ветви гигантов , и Солнце попеременно реагирует то с водородом в оболочке, то с 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 в течение нескольких сотен лет каждые 100 000 лет или около того. Тепловые импульсы становятся больше с каждым разом, причем более поздние импульсы увеличивают светимость до 5000 раз по сравнению с текущим уровнем. Несмотря на это, максимальный радиус AGB Солнца не будет таким большим, как его максимум кончика RGB: 179 R ☉ , или около 0,832 а.е. (124,5 миллиона км; 77,3 миллиона миль). [140] [143]
Модели различаются в зависимости от скорости и времени потери массы. Модели, которые имеют более высокую потерю массы на ветви красных гигантов, производят меньшие, менее яркие звезды на кончике асимптотической ветви гигантов, возможно, всего в 2000 раз больше светимости и менее чем в 200 раз больше радиуса. [140] Для Солнца предсказываются четыре тепловых импульса, прежде чем оно полностью потеряет свою внешнюю оболочку и начнет создавать планетарную туманность . [144]
Эволюция после асимптотической ветви гигантов происходит еще быстрее. Светимость остается приблизительно постоянной по мере увеличения температуры, при этом выброшенная половина массы Солнца ионизуется в планетарную туманность , когда обнаженное ядро достигает 30 000 К (53 500 °F), как будто оно находится в своего рода голубой петле . Окончательное голое ядро, белый карлик , будет иметь температуру более 100 000 К (180 000 °F) и содержать приблизительно 54,05% современной массы Солнца. [140] (Моделирования показывают, что Солнце может быть одной из наименее массивных звезд, способных образовать планетарную туманность. [145] ) Планетарная туманность рассеется примерно через 10 000 лет, но белый карлик проживет триллионы лет, прежде чем превратиться в гипотетического сверхплотного черного карлика . [146] [147] [148] Таким образом, он больше не будет выделять энергию. [149]
Вокруг Солнца вращается восемь известных планет. В их число 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, которые обычно считаются карликовыми планетами , и еще несколько кандидатов , пояс астероидов , многочисленные кометы и большое количество ледяных тел, которые лежат за орбитой Нептуна. Шесть планет и множество более мелких тел также имеют свои собственные естественные спутники : в частности, спутниковые системы Юпитера, Сатурна и Урана в некотором роде похожи на миниатюрные версии системы Солнца. [150]
Солнце движется под действием гравитационного притяжения планет. Центр Солнца движется вокруг барицентра Солнечной системы в диапазоне от 0,1 до 2,2 солнечных радиусов. Движение Солнца вокруг барицентра приблизительно повторяется каждые 179 лет, поворачиваясь примерно на 30° в основном из-за синодического периода Юпитера и Сатурна. [151]
Гравитационное поле Солнца, по оценкам, доминирует над гравитационными силами окружающих звезд на расстоянии примерно двух световых лет (125 000 а.е. ). Более низкие оценки радиуса облака Оорта , напротив, не помещают его дальше, чем50 000 а.е. [ 152] Большая часть массы вращается в области между 3000 и100 000 а.е. [ 153] Самые далекие известные объекты, такие как комета Уэста , имеют афелии около70 000 а.е. от Солнца. [154] Сфера Холма Солнца относительно ядра галактики, эффективный радиус ее гравитационного воздействия, как полагают, простирается в тысячу раз дальше и охватывает гипотетическое облако Оорта. [155] Она была рассчитана Г.А. Чеботаревым как 230 000 а.е. [156]
В радиусе 10 световых лет от Солнца находится относительно немного звезд, ближайшая из которых — тройная звездная система Альфа Центавра , которая находится примерно в 4,4 световых годах от нас и может находиться в G-облаке Местного пузыря . [158] Альфа Центавра A и B — это тесно связанная пара звезд, похожих на Солнце , тогда как ближайшая к Солнцу звезда, небольшой красный карлик Проксима Центавра , вращается вокруг пары на расстоянии 0,2 световых лет. В 2016 году было обнаружено, что потенциально обитаемая экзопланета вращается вокруг Проксимы Центавра, названная Проксима Центавра b , ближайшая к Солнцу подтвержденная экзопланета. [159]
Солнечная система окружена Местным межзвездным облаком , хотя неясно, встроено ли оно в Местное межзвездное облако или находится прямо за краем облака. [160] В области в пределах 300 световых лет от Солнца, известной как Местный пузырь , существует множество других межзвездных облаков . [160] Последняя особенность представляет собой полость в форме песочных часов или сверхпузырь в межзвездной среде диаметром примерно 300 световых лет. Пузырь заполнен высокотемпературной плазмой, что позволяет предположить, что он может быть продуктом нескольких недавних сверхновых. [161]
Местный пузырь — это небольшой сверхпузырь по сравнению с соседними более широкими линейными структурами Волна Рэдклиффа и Сплит (ранее Пояс Гулда ), каждая из которых имеет длину в несколько тысяч световых лет. [162] Все эти структуры являются частью Рукава Ориона , который содержит большинство звезд Млечного Пути, видимых невооруженным глазом. [163]
Группы звезд формируются вместе в звездные скопления , прежде чем раствориться в сопутствующих ассоциациях. Видная группировка, которая видна невооруженным глазом, — это движущаяся группа Большой Медведицы , которая находится примерно в 80 световых годах от нас в пределах Местного пузыря. Ближайшее звездное скопление — Гиады , которое находится на краю Местного пузыря. Ближайшие области звездообразования — это Молекулярное облако Короны Южной , облачный комплекс Ро Змееносца и молекулярное облако Тельца ; последнее находится сразу за Местным пузырем и является частью волны Рэдклиффа. [164]
Звездные пролеты, которые проходят в пределах 0,8 световых лет от Солнца, происходят примерно раз в 100 000 лет. Ближайшим хорошо измеренным подходом была звезда Шольца , которая приблизилась к ~50 000 а.е. от Солнца около ~70 тысяч лет назад, вероятно, проходя через внешнее облако Оорта. [165] Существует 1%-ный шанс на каждый миллиард лет, что звезда пройдет внутри100 а.е. от Солнца, что может привести к разрушению Солнечной системы. [166]
Солнце, беря с собой всю Солнечную систему, вращается вокруг центра масс галактики со средней скоростью 230 км/с (828 000 км/ч) или 143 мили/с (514 000 миль/ч), [167] совершая один оборот примерно за 220–250 миллионов земных лет ( галактический год ), [168] сделав это примерно 20 раз с момента образования Солнца. [169] [170] Направление движения Солнца, солнечный апекс , примерно совпадает с направлением звезды Вега . [171]
Млечный Путь движется относительно космического микроволнового фонового излучения (CMB) в направлении созвездия Гидры со скоростью 550 км/с. Поскольку Солнце движется относительно галактического центра в направлении Лебедя (галактическая долгота 90°; широта 0°) со скоростью более 200 км/с, результирующая скорость относительно CMB составляет около 370 км/с в направлении Кратера или Льва (галактическая широта 264°, широта 48°). [172]
Во многих доисторических и древних культурах Солнце считалось солнечным божеством или другим сверхъестественным существом. [173] [174] В начале первого тысячелетия до нашей эры вавилонские астрономы заметили, что движение Солнца по эклиптике неравномерно, хотя они не знали почему; сегодня известно, что это происходит из-за движения Земли по эллиптической орбите , которая движется быстрее, когда она находится ближе к Солнцу в перигелии, и движется медленнее, когда она находится дальше в афелии. [175]
Одним из первых, кто предложил научное или философское объяснение Солнца, был греческий философ Анаксагор . Он рассуждал, что это был гигантский пылающий шар из металла, даже больше, чем земля Пелопоннеса , и что Луна отражала свет Солнца. [176] Эратосфен оценил расстояние между Землей и Солнцем в третьем веке до нашей эры как « мириады стадий 400 и 80000», перевод которого неоднозначен, подразумевая либо 4 080 000 стадий (755 000 км), либо 804 000 000 стадий (от 148 до 153 миллионов километров или от 0,99 до 1,02 а. е.); последнее значение верно с точностью до нескольких процентов. В первом веке нашей эры Птолемей оценил расстояние как 1210 радиусов Земли , приблизительно 7,71 миллиона километров (0,0515 а. е.). [177]
Теория о том, что Солнце является центром, вокруг которого вращаются планеты, была впервые предложена древним греком Аристархом Самосским в третьем веке до нашей эры [178] и позднее принята Селевком Селевкийским (см. Гелиоцентризм ). [179] Эта точка зрения была развита в более подробной математической модели гелиоцентрической системы в XVI веке Николаем Коперником . [180]
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 столетий. Аверроэс также дал описание солнечных пятен в 12 веке. [181] Изобретение телескопа в начале 17 века позволило провести подробные наблюдения солнечных пятен Томасу Харриоту , Галилео Галилею и другим астрономам. Галилей утверждал, что солнечные пятна находятся на поверхности Солнца, а не небольшие объекты, проходящие между Землей и Солнцем. [182]
Вклад арабской астрономии включает открытие Аль-Баттани , что направление апогея Солнца (место на орбите Солнца по отношению к неподвижным звездам, где оно, по-видимому, движется медленнее всего) меняется. [183] (В современных гелиоцентрических терминах это вызвано постепенным движением афелия орбиты Земли ). Ибн Юнус наблюдал более 10 000 записей о положении Солнца в течение многих лет, используя большую астролябию . [184]
Из наблюдения за прохождением Венеры в 1032 году персидский астроном и эрудит Ибн Сина пришел к выводу, что Венера находится ближе к Земле, чем Солнце. [185] В 1677 году Эдмунд Галлей наблюдал прохождение Меркурия через Солнце, что привело его к пониманию того, что наблюдения солнечного параллакса планеты (в идеале с использованием прохождения Венеры) можно использовать для тригонометрического определения расстояний между Землей, Венерой и Солнцем. [186] Тщательные наблюдения за прохождением Венеры в 1769 году позволили астрономам вычислить среднее расстояние от Земли до Солнца, составившее 93 726 900 миль (150 838 800 км), что всего на 0,8% больше современного значения. [187]
В 1666 году Исаак Ньютон наблюдал свет Солнца с помощью призмы и показал, что он состоит из света многих цветов. [188] В 1800 году Уильям Гершель открыл инфракрасное излучение за пределами красной части солнечного спектра. [189] В 19 веке наблюдался прогресс в спектроскопических исследованиях Солнца; Йозеф фон Фраунгофер зарегистрировал более 600 линий поглощения в спектре, самые сильные из которых до сих пор часто называют линиями Фраунгофера . В 20 веке появилось несколько специализированных систем для наблюдения за Солнцем, особенно на различных узкополосных длинах волн, например, с использованием фильтрации кальция H (396,9 нм), K (393,37 нм) и водорода-альфа (656,46 нм) . [190]
Во время ранних исследований оптического спектра фотосферы были обнаружены некоторые линии поглощения, которые не соответствовали ни одному химическому элементу, известному тогда на Земле. В 1868 году Норман Локьер выдвинул гипотезу, что эти линии поглощения были вызваны новым элементом, который он назвал гелием , в честь греческого бога Солнца Гелиоса . Двадцать пять лет спустя гелий был выделен на Земле. [191]
В ранние годы современной научной эры источник энергии Солнца был значительной загадкой. Лорд Кельвин предположил, что Солнце представляет собой постепенно охлаждающееся жидкое тело, излучающее внутренний запас тепла. [192] Затем Кельвин и Герман фон Гельмгольц предложили механизм гравитационного сжатия для объяснения выхода энергии, но полученная оценка возраста составила всего 20 миллионов лет, что значительно меньше промежутка времени в по крайней мере 300 миллионов лет, предложенного некоторыми геологическими открытиями того времени. [192] [193] В 1890 году Джозеф Локьер , открывший гелий в солнечном спектре, предложил метеоритную гипотезу образования и эволюции Солнца. [194]
Только в 1904 году было предложено документированное решение. Эрнест Резерфорд предположил, что выход энергии Солнца может поддерживаться внутренним источником тепла, и предложил радиоактивный распад в качестве источника. [195] Однако именно Альберт Эйнштейн дал ключ к источнику выхода энергии Солнца с его соотношением эквивалентности массы и энергии E = mc2 . [196] В 1920 году сэр Артур Эддингтон предположил, что давление и температура в ядре Солнца могут вызвать реакцию ядерного синтеза, в результате которой водород (протоны) объединяются в ядра гелия, что приводит к производству энергии из чистого изменения массы. [ 197] Преобладание водорода на Солнце было подтверждено в 1925 году Сесилией Пейн с использованием теории ионизации, разработанной Мегнад 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, вырабатывающих энергию, которые питают Солнце. [198] [199] В 1957 году Маргарет Бербидж , Джеффри Бербидж , Уильям Фаулер и Фред Хойл показали, что большинство элементов во Вселенной были синтезированы в ходе ядерных реакций внутри звезд, некоторые из которых похожи на Солнце. [200]
Первыми спутниками, предназначенными для долгосрочного наблюдения за Солнцем из межпланетного пространства, были Pioneers 6, 7, 8 и 9 НАСА, которые были запущены между 1959 и 1968 годами. Эти зонды вращались вокруг Солнца на расстоянии, близком к расстоянию Земли, и провели первые подробные измерения солнечного ветра и солнечного магнитного поля. Pioneer 9 проработал особенно долго, передавая данные до мая 1983 года. [201] [202]
В 1970-х годах два космических аппарата Helios и телескопическая установка Apollo Telescope Mount Skylab предоставили ученым важные новые данные о солнечном ветре и солнечной короне. Зонды Helios 1 и 2 были американо-германским сотрудничеством, которое изучало солнечный ветер с орбиты, несущей космический аппарат внутри орбиты Меркурия в перигелии. [203] Космическая станция Skylab, запущенная NASA в 1973 году, включала модуль солнечной обсерватории под названием Apollo Telescope Mount, который управлялся астронавтами, проживающими на станции. [84] Skylab провела первые разрешенные по времени наблюдения области солнечного перехода и ультрафиолетового излучения солнечной короны. [84] Открытия включали первые наблюдения корональных выбросов массы, тогда называемых «корональными транзиентами», и корональных дыр , которые , как теперь известно, тесно связаны с солнечным ветром. [203]
В 1980 году NASA запустило зонды Solar Maximum Mission . Этот космический аппарат был разработан для наблюдения за гамма-лучами, рентгеновскими лучами и ультрафиолетовым излучением от солнечных вспышек во время высокой солнечной активности и солнечной светимости. Однако всего через несколько месяцев после запуска сбой электроники привел к тому, что зонд перешел в режим ожидания, и он провел следующие три года в этом неактивном состоянии. В 1984 году миссия Space Shuttle Challenger STS-41C извлекла спутник и отремонтировала его электронику, прежде чем снова вывести его на орбиту. Впоследствии миссия Solar Maximum Mission получила тысячи изображений солнечной короны, прежде чем снова войти в атмосферу Земли в июне 1989 года. [204]
Запущенный в 1991 году японский спутник Yohkoh ( Sunbeam ) наблюдал солнечные вспышки в рентгеновском диапазоне длин волн. 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. Yohkoh наблюдал весь солнечный цикл, но перешел в режим ожидания, когда кольцевое затмение в 2001 году заставило его потерять связь с Солнцем. Он был уничтожен повторным входом в атмосферу в 2005 году. [205]
Солнечная и гелиосферная обсерватория , совместно построенная Европейским космическим агентством и НАСА, была запущена 2 декабря 1995 года. [84] Первоначально предполагалось, что она будет работать в течение двух лет, [206] SOHO продолжает работать по состоянию на 2024 год. [207] Расположенный в точке Лагранжа между Землей и Солнцем (в которой гравитационное притяжение обоих равно), SOHO обеспечивает постоянный обзор Солнца на многих длинах волн с момента своего запуска. [84] Помимо прямого наблюдения за Солнцем, SOHO позволил открыть большое количество комет , в основном крошечных околосолнечных комет , которые сгорают при прохождении мимо Солнца. [208]
Все эти спутники наблюдали Солнце из плоскости эклиптики, и поэтому подробно наблюдали только его экваториальные области. Зонд Ulysses был запущен в 1990 году для изучения полярных областей Солнца. Сначала он отправился к Юпитеру, чтобы «выстрелить» на орбиту, которая вывела бы его намного выше плоскости эклиптики. Как только Ulysses оказался на запланированной орбите, он начал наблюдать за солнечным ветром и напряженностью магнитного поля в высоких солнечных широтах, обнаружив, что солнечный ветер из высоких широт движется со скоростью около 750 км/с, что медленнее, чем ожидалось, и что из высоких широт выходят большие магнитные волны, которые рассеивают галактические космические лучи. [209]
Элементарное изобилие 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 измерять состав солнечного материала. [210]
.jpg/1280px--_panoramio_(785).jpg)
Яркость Солнца может вызвать боль, если смотреть на него невооруженным глазом ; однако, делать это в течение коротких периодов времени не опасно для нормальных нерасширенных глаз . [211] [212] Прямой взгляд на Солнце ( солнцесмотрение ) вызывает фосфеновые визуальные артефакты и временную частичную слепоту. Он также доставляет около 4 милливатт солнечного света на сетчатку, слегка нагревая ее и потенциально вызывая повреждение в глазах, которые не могут должным образом реагировать на яркость. [213] [214] Прямой взгляд на Солнце невооруженным глазом может вызвать вызванные УФ-излучением, похожие на солнечные ожоги поражения на сетчатке, начинающиеся примерно через 100 секунд, особенно в условиях, когда УФ-излучение от Солнца интенсивное и хорошо сфокусированное. [215] [216]
Наблюдение за Солнцем через концентрирующую свет оптику , такую как бинокль, может привести к необратимому повреждению сетчатки без соответствующего фильтра, который блокирует УФ-излучение и существенно затемняет солнечный свет. При использовании ослабляющего фильтра для наблюдения за Солнцем наблюдателю рекомендуется использовать фильтр, специально предназначенный для этого использования. Некоторые импровизированные фильтры, пропускающие УФ- или ИК- лучи, могут нанести вред глазу при высоких уровнях яркости. [217] Кратковременные взгляды на полуденное Солнце через нефильтрованный телескоп могут вызвать необратимые повреждения. [218]
Во время восхода и заката солнечный свет ослабевает из-за рэлеевского рассеяния и рассеяния Ми из-за особенно долгого прохождения через атмосферу Земли, [219] и Солнце иногда бывает достаточно тусклым, чтобы его можно было комфортно наблюдать невооруженным глазом или безопасно с помощью оптики (при условии отсутствия риска внезапного появления яркого солнечного света через разрыв между облаками). Туманные условия, атмосферная пыль и высокая влажность способствуют этому атмосферному ослаблению. [220]
Оптическое явление , известное как зеленая вспышка , иногда можно увидеть вскоре после заката или перед восходом солнца. Вспышка вызвана тем, что свет от Солнца, находящегося чуть ниже горизонта, изгибается (обычно через температурную инверсию ) в сторону наблюдателя. Свет с более короткими длинами волн (фиолетовый, синий, зеленый) изгибается больше, чем свет с более длинными длинами волн (желтый, оранжевый, красный), но фиолетовый и синий свет рассеиваются больше , оставляя свет, который воспринимается как зеленый. [221]
Солнечные божества играют важную роль во многих мировых религиях и мифологиях. [222] Поклонение Солнцу было центральным для таких цивилизаций, как древние египтяне , инки Южной Америки и ацтеки , которые сейчас являются Мексикой. В таких религиях, как индуизм , Солнце по-прежнему 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 так, чтобы отбрасывать тени в форме змей, взбирающихся на пирамиду во время весеннего и осеннего равноденствия . [223]
Древние шумеры верили, что Солнце было Уту , [224] [225] богом справедливости и братом-близнецом Инанны , Царицы Небес , [224] , которая была идентифицирована как планета Венера. [225] Позже Уту был отождествлен с восточно-семитским богом Шамашем . [224] [225] Уту считался божеством-помощником, который помогал тем, кто в беде. [224]
По крайней мере, со времен Четвертой династии Древнего Египта Солнцу поклонялись как богу Ра , изображаемому как божество с головой сокола, увенчанное солнечным диском и окруженное змеей. В период Новой империи Солнце стало отождествляться с навозным жуком . В форме солнечного диска Атона Солнце на короткое время возродилось в период Амарны , когда оно снова стало выдающимся, если не единственным, божеством для фараона Эхнатона . [226] [227] Египтяне изображали бога Ра как несущегося по небу в солнечной ладье в сопровождении меньших богов, а для греков он был Гелиосом, несомым колесницей, запряженной огненными конями. Со времен правления Элагабала в поздней Римской империи день рождения Солнца стал праздником, который отмечался как Sol Invictus (буквально «Непобедимое Солнце») вскоре после зимнего солнцестояния, что могло быть предшественником Рождества . Что касается неподвижных звезд , то Солнце, как видно с Земли, совершает один оборот в год по эклиптике через зодиак , и поэтому греческие астрономы классифицировали его как одну из семи планет (греч. planetes , «странник»); наименование дней недель после семи планет относится к римской эпохе . [228] [229] [230]
В протоиндоевропейской религии Солнце олицетворялось как богиня *Seh 2 ul . [231] [232] Производные этой богини в индоевропейских языках включают древнескандинавское Sól , санскритское Surya , галльское Sulis , литовское Saulė и славянское Solntse . [232] В древнегреческой религии божеством солнца был мужской бог Гелиос, [233] который в более поздние времена был синкретизирован с Аполлоном . [234]
В Библии , в Малахии 4:2 упоминается «Солнце правды» (иногда переводится как «Солнце справедливости»), [235] [236], что некоторые христиане интерпретировали как ссылку на Мессию ( Христа ). [237] В древнеримской культуре воскресенье было днем бога солнца. В язычестве Солнце было источником жизни, дающим тепло и освещение. Оно было центром популярного культа среди римлян, которые вставали на рассвете, чтобы поймать первые лучи солнца во время молитвы. Празднование зимнего солнцестояния (которое повлияло на Рождество) было частью римского культа непобедимого Солнца ( Sol Invictus ). Он был принят христианами как день субботний . Символ света был языческим приемом, принятым христианами, и, возможно, самым важным, который не пришел из иудейских традиций. Христианские церкви строились так, чтобы прихожане были обращены лицом к восходу солнца. [238]
Тонатиу , ацтекский бог солнца, [239] был тесно связан с практикой человеческих жертвоприношений . [239] Богиня солнца Аматэрасу является самым важным божеством в религии синто , [240] [241] и она, как полагают, является прямым предком всех японских императоров . [240]
В данной статье использован текст из этого источника, находящегося в общественном достоянии .NASA поддерживало связь с Пионер 9 до мая 1983 года.
Никогда не смотрите прямо на Солнце через какое-либо оптическое оборудование, даже на мгновение. Кратковременного взгляда на Солнце через телескоп достаточно, чтобы вызвать необратимое повреждение глаз или даже слепоту. Даже смотреть на Солнце невооруженным глазом дольше секунды или двух небезопасно. Не думайте, что безопасно смотреть на Солнце через фильтр, каким бы темным он ни казался.
Определения из Викисловаря
Медиа из Commons
Цитаты из Викицитатника
