Статья с канала «Космическое путешествие» на яндекс-дзене.
Наше космическое путешествие мы начнем с самой главной для нас планеты, благодаря которой мы вообще существуем: с Солнца.
Звезда, подарившая Земле жизнь. Главный Бог почти всех древних цивилизаций: Ра у египтян, Ярило – у славян, Гелиос – у греков, Аполлон – у римлян, – так как люди с давних времен осознавали, что именно благодаря теплу и свету, посылаемому Солнцем, на нашей планете растут деревья и травы, хлеба и цветы, живут разные звери, птицы и люди.
Жизнь на Земле существует благодаря Солнцу. Фото из открытых источников
Многие века наше светило было загадкой. Вплоть до XX столетия оставался открытым главный вопрос: откуда берется энергия, которую излучает Солнце?
В 40-х годах XIX века был сформулирован закон сохранения энергии:
Энергия не возникает и не исчезает, она может превращаться из одного вида в другой, а также передаваться от одного тела к другому.
Тогда и возник вопрос об источнике энергии звезд, который прежде был полной тайной.
Английский физик Роберт Майер предполагал, что Солнце разогрето ударами метеоритов, но в Солнечной системе, как оказалось, нет такого количества падающего вещества.
Теория Роберта Майера: фото с канала «Ассоциация планетариев России»
Теория немецкого ученого Генриха Гельмгольца заключалась в том, что наша звезда нагревается за счет сжатия, под воздействием собственной гравитации. Однако произведенные расчеты показали, что в этом случае Солнце должно было сжаться за несколько миллионов лет – а ученые доказывают, что светило «работает» уже никак не менее 4,5 миллиардов лет.
Теория Генриха Гельмгольца: фото с канала «Ассоциация планетариев России»
В 1903 году Пьер Кюри обнаружил выделение тепла радиоактивными элементами, в связи с этим Джеймс Джинс выдвинул гипотезу, что звезды вырабатывают энергию за счет радиоактивного распада, но выходило, что в недрах звезды слишком мало радиоактивных элементов.
Гипотеза Джеймса Джинса: фото с канала «Ассоциация планетариев России»
Наконец, в 1920-м году верный механизм энерговыделения – превращение водорода в гелий – предложил Артур Эддингтон:
Схема работы «солнечного реактора»: как водород превращается в гелий с выделением энергии. Картинка из открытых источников
Первоначально гипотеза Эддингтона выглядела сомнительной: в начале XX века еще не были рассчитаны температуры внутри звезд, и предполагалось, что ядро Солнца раскалено недостаточно для протекания термоядерной реакции. Кроме того, было непонятно, как именно происходит превращение атомов водорода в атомы гелия. Только к 1939 году трое ученых: Ханс Бете, Карл Вайцзеккер и Чарльз Критчфилд независимо друг от друга открыли два пути превращения водорода в гелий, которые происходят в звездах, а в 1941 году Мартин Шварцшильд рассчитал модель Солнца с термоядерным источником энергии и смог теоретически предсказать некоторые наблюдаемые свойства Солнца — таким образом, теория термоядерного синтеза в недрах звезд.
Итак, при давлении в 2 квадриллиона (2×10 в 15-й степени) Па и 15 млн градусов по Цельсию в центре Солнца ядра атомов водорода протоны сливаются друг с другом и в ходе цепочки термоядерных реакций превращаются в ядра атомов гелия. Так рождаются кванты электромагнитного излучения – фотоны.
Зарождение квантов света в недрах Солнца. Фото с канала «Ассоциация планетариев России»
Путешествие фотонов сквозь недра Солнца к его поверхности продолжается долгие сотни тысяч лет, они проходят зону лучистого переноса энергии, где температура плазмы постепенно падает до 2 млн градусов, затем попадают в конвективную зону, где происходит циркуляция горячего газа и в результате перемешивания плазмы энергия переносится к поверхности светила – подобно тому, как это происходит в кастрюле с кипящей водой.
Путешествие частиц энергии от центра Солнца к его поверхности. Картинки с канала «Ассоциация планетариев России»
Наконец, фотоны покидают звезду, отправляясь в космос. Каждую секунду в пространство уходит такое количество джоулей электромагнитной энергии, которое в 200 триллионов раз превышает энергию, вырабатываемую за секунду всеми электростанциями мира.
На Землю солнечный свет попадает спустя 8 минут, путь фотонов до Марса занимает 12 минут 41 секунду, до Юпитера – уже 43,3 минуты, а до Нептуна – 4 часа 10 минут! Расстояние между планетами увеличивается в геометрической прогрессии по мере удаления от Солнца.
Кроме необходимой нам для жизни энергии тепла и света, Солнце испускает и невидимые человеческому глазу ультрафиолетовые, а также рентгеновские лучи, избыток которых уничтожил бы всё живое на Земле – но от смертоносной радиации нас защищает озоновый слой, находящийся в стратосфере нашей планеты на высоте от 12 до 50 км. Довольно высокая концентрация озона, молекулы которого состоят из трех атомов кислорода, поглощает бо́льшую часть опасных ультрафиолетовых лучей.
Озоновый слой Земли. Картинка из открытых источников
Наша звезда, считающаяся по общей классификации всего лишь желтым карликом, имеет диаметр, в 109 раз больше земного, а именно – 1 392 700 км, и огромную массу, в 330 тыс. раз превосходящей массу Земли. Соответственно, Солнце обладает такой колоссальной гравитацией, что удерживает вокруг себя космические тела на расстоянии приблизительно
- 14 960 000 000 000 км, или
- около 100 тыс. а.е., или
- более светового года, т.к. один световой год равен 63 240 а.е.
Облако Оорта в сравнении с орбитой Нептуна дает нам наглядное представление о размерах Солнечной системы. Картинка из открытых источников
Как и все планеты, наше светило вращается вокруг своей оси, совершая полный оборот за 25 земных суток. Для такого гиганта, как Солнце, это очень быстрое вращение. А, поскольку в недрах звезды температура достигает 15 млн градусов, то атомы водорода и гелия теряют свои электроны, и раскаленный газ превращается в электропроводящую среду – плазму. Так вращение Солнца порождает электрический ток и очень мощное магнитное поле.
Солнце вращается неравномерно: вблизи экватора вращение быстрее, чем вблизи полюсов. Это искривляет линии магнитного поля, они скручиваются в жгуты и эти жгуты всплывают из глубин звезды наружу:
Жгуты солнечного магнитного поля. Фото с канала «Ассоциация планетариев России»
В областях концентрации магнитных потоков конвекция газов затрудняется, в результате температура плазмы понижается на 1000-1500 градусов, — и на фоне остальной сияющей фотосферы эти участки выглядят темными пятнами:
Происхождение темных пятен на Солнце. Фото с канала «Ассоциация планетариев России»
Впервые солнечные пятна наблюдал в телескоп Галилео Галилей – в начале XVII века.
Следующий слой над фотосферой Солнца называется хромосферой, и виден он только во время полных солнечных затмений, когда Луна загораживает яркое сияние фотосферы. Выше хромосферы простирается солнечная корона – чрезвычайно разряженный газ, нагретый почти до 2 млн градусов.
Так выглядит солнечная корона (изображение получено с помощью зонда). Фото из открытых источников
Из короны постоянно истекает поток ионизированных частиц гелиево-водородной плазмы, называемый солнечным ветром. Когда эти частицы сталкиваются с магнитным полем Земли (над земными магнитными полюсами), мы можем наблюдать полярные сияния:
Природа происхождения полярных сияний. Картинка из открытых источников
На картинке видно, что овалы полярных сияний возникают над полюсами, потому-то это красивое явление можно наблюдать в высоких северных или южных широтах – как правило, выше 60 градусов. Мне доводилось наблюдать сияния зеленого цвета на 65.5 градусов северной широты (Якутия).
Но бывает, что солнце выбрасывает в космос часть своей корональной массы – миллиарды тонн заряженной плазмы. Как это происходит?
Еще с древности люди во время затмений наблюдали над хромосферой выступы разнообразной формы. Это – протуберанцы, гигантские петли магнитного поля, по которым течет раскаленная плазма.
Протуберанец: огромная магнитная петля. Картинка из открытых источников
В активных областях содержатся огромные запасы магнитной энергии, которая иногда может выделяться в виде взрыва – это и есть солнечная вспышка. Иногда вспышка сопровождается выбросом протуберанца в межпланетное пространство, а в короне распространяется ударная волна, и тогда в космос устремляется сгусток из миллиардов тонн плазмы. Это и есть геомагнитная буря, или – корональный выброс массы:
Корональный выброс массы. Фото с канала «Ассоциация планетариев России»
Обычно эти вспышки и выбросы – невелики, но случаются и очень мощные солнечные вспышки, которые выводят из строя электрооборудование – как это произошло в 1989 году в Канаде, и целый город (Квебек) на сутки остался без электричества. Та буря была довольно сильной, полярные сияния можно было увидеть даже во Флориде и в Симферополе.
А в далеком 1859 году произошло несколько выбросов корональной массы подряд, и все потоки плазмы устремились к Земле. Даже тогда эта геомагнитная буря имела весьма ощутимые последствия: по всей Европе и Америке отказали телеграфные провода, полярные сияния были необычайно красочными и их наблюдали над Карибами, над Гавайскими островами; а над Скалистыми горами свечение было настолько ярким, что золотоискатели встали и начали готовить завтрак, думая, что наступило утро.
Случись такое явление в наши дни – последствия даже страшно представить. Современный мир серьезно зависит от электричества: это не только освещение и электроприборы, но и навигация, и управление самолетами, и энергосистемы в больницах – трудно вообразить, что буря подобной мощности обошлась бы без жертв. Кроме того, могли бы сгореть множество трансформаторов, на замену которых ушли бы долгие месяцы и огромные деньги. Вероятно, существенная часть нашей промышленности, банковская система – просто остановились бы; не работало бы диспетчерское и навигационное оборудование, спутники, связь и всё, что связано с электросетями. Нам пришлось бы на какое-то время учиться жить, как наши предки в XIX веке – такую власть имеет Солнце над человеческой цивилизацией. Похоже, древние люди были не так уж неправы, считая наше светило богом – мы действительно бессильны перед его могуществом.
Сегодня ученые наблюдают за Солнцем, чтобы, насколько это возможно, предсказать его активность – это всё, что человек может сделать. Остается надеяться, что в ближайшие десятилетия Солнце не сделает нам сюрприза, аналогичного корональному выбросу 1859 года.
Зато в наши дни люди с удовольствием наблюдают другое событие, которого в древности не на шутку боялись: солнечное затмение. Наша планета получила от Вселенной уникальный подарок: спутник Земли – Луна – во столько же раз меньше Солнца, во сколько раз ближе он находится. Поэтому, когда Луна встает между Солнцем и Землей, она своим видимым диском полностью закрывает солнечный, оставляя видимой лишь корону:
Полное солнечное затмение. Картинка из открытых источников
Это интересное природное явление длится всего несколько минут, но запоминается на всю жизнь: вдруг, посреди бела дня, наступают сумерки, лунный диск на небе быстро движется, постепенно закрывая солнце, от которого остается одна корона, обрамляющая черный круг. Становится почти темно, даже птицы затихают… а люди с интересом смотрят на Солнце через специальные очки или закопченные стекла. На потемневшем небе можно разглядеть даже некоторые звезды – конечно, если стоит ясная погода. Наконец, Луна начинает отходить в сторону, и через пару минут день возвращается.
Полное солнечное затмение в Новосибирске, 1 августа 2008 года.Фото из открытых источников
Астрономы используют затмение для того, чтобы лучше изучить наше светило, в частности – собрать данные о солнечной короне и хромосфере, чего в обычных условиях сделать невозможно. Например, в 1868 году астроном Пьер Жансен смог во время затмения без проблем изучить хромосферу звезды, благодаря чему был открыт новый химический элемент – гелий.
Прежде, когда Луна находилась ближе к Земле, она должна была заслонять солнечный диск вместе с короной – значит, во время тогдашнего солнечного затмения наступала настоящая ночь. А спустя примерно 600 млн лет, по расчетам ученых, Луна отойдет настолько далеко от Земли, что уже вовсе не будет заслонять собою Солнце, и затмения прекратятся.
Солнце тоже не останется навечно неизменным: примерно через 5 млрд лет (по космическим меркам – не так много, по человеческим – не одна вечность) «топливо» нашего светило закончится, реакции термоядерного синтеза в недрах Солнца станут невозможны, и оно начнет перерабатывать водород, содержащийся во внешних слоях. Ядро, в котором прекратится выработка энергии, начнет сжиматься под воздействием собственного тяготения. Этот процесс будет сопровождаться выделением дополнительной энергии и тепла, в результате чего Солнце раздуется до размеров красного гиганта. По расчетам астрономов, его диаметр увеличится в 300 раз по сравнению с нынешним. Наша звезда поглотит и Меркурий, и Венеру, а Земля станет непригодной для жизни, т.к. будет просто выжжена лучами слишком близкого Солнца.
Такое будущее, предположительно, ждет Землю. Картинка из открытых источников
Зато на других планетах солнечной системы климат изменится, станет значительно теплее, и, возможно, люди переселятся на один из спутников Юпитера или Сатурна. Если, конечно, доживут до того времени. Кто знает…
источник: https://dzen.ru/a/Y8dEPAdF63zNGT07
