- Солнце – наш источник тепла, энергии и света. Мы не можем смотреть на него без специальных защитных устройств, и всем нам оно кажется ярким лучистым шаром, но какое оно на самом деле?
- Долгое время все астрономы считали, что оно идеально. Только Галилео Галилей смог в свой самодельный телескоп увидеть, что даже у Солнца есть пятна, и предположил, что оно имеет очень сложную слоистую структуру.
Солнечные пятна и Земля.
- Солнце считается звездой в «самом расцвете сил». Пусть это и маленький, ничем не примечательный жёлтый карлик, и по сравнению с другими массивными звёздами оно выглядит, как маленькая горошина рядом с баскетбольным мячом, зато оно относительно спокойное и долгоживущее – за всё время существования подобных ему звёзд жизнь не просто может успеть зародиться и сформироваться, но и даже стать разумной. Так, например, самые крупные голубые гиганты сжигают все свои запасы ядерного топлива всего за 10-50 миллионов лет, а это лишь несколько мгновений по сравнению с продолжительностью жизни жёлтых карликов – Солнцу уже примерно 4,5 млрд лет, и оно проживёт ещё столько же перед тем, как сойти с главной последовательности, но у нас времени осталось всё же намного меньше.
- История Солнца началась около 4,5-5 млрд лет назад. Взорвалась сверхновая звезда. После этого взрыва немыслимой мощности взрывная волна прокатилась по всему «близлежащему» космическому пространству, и на её пути ей встретилось молекулярное облако. От столкновения с ней оно распалось, образовав кольца газа и пыли, а дальше уже всё дело было во власти гравитации: вещество в облаке начало сжиматься и уплотняться, а в центре этого молекулярного облака, когда набралось достаточное количество вещества для зажжения ядерного пламени, родилось пылающее сердце Солнечной системы – наша звезда. Её владения представляют собой форму пузыря – гелиосферу – это область околосолнечного пространства, в которой плазма солнечного ветра движется относительно Солнца со сверхзвуковой скоростью. Солнечный ветер (поток заряженных солнечных частиц, излучаемых солнцем) защищает нас от галактического излучения и, пожалуй, край гелиосферы, до которого он доносится, можно назвать границей нашего дома - Солнечной системы. Граница находится далеко за орбитой Плутона – по разным оценкам это расстояние составляет от 130 до 230 а.е.
- Солнце, которое мы так часто воспеваем в произведениях искусства, на самом деле – гигантская термоядерная «печка», состоящая из водорода (≈73 % от массы и ≈92 % от объёма), гелия (≈25 % от массы и ≈7 % от объёма) и других элементов с меньшей концентрацией: железа, никеля, кислорода, азота, кремния, серы, магния, углерода, неона, кальция и хрома.
Сейчас в солнечном ядре идут термоядерные реакции превращения водорода в гелий. Каждую секунду в ядре нашей звезды около 4 миллионов тонн вещества превращается в лучистую энергию, которой мы все обязаны своими жизнями. Посмотрим же на Солнце изнутри. Чтобы подняться от раскалённого ядра до поверхности, той самой энергии, дающей нам тепло, свет и жизнь, понадобится миллион лет. Добравшись до поверхности, эта энергия достигает Земли примерно за 8,5 минут.
- Жёлтая поверхность Солнца, которую мы видим, - это фотосфера. Её температура – почти 6 000 С. Как она выглядит? Кипящий горячий, более лёгкий, газ поднимается на поверхность, а остывший, более тяжелый, – опускается. Каждый видимый пузырь размером с примерно Московскую область!
Самая детальная фотография солнечной поверхности - фотосферы, НАСА.
- Помимо этих пузырей мы видим пятна, которые периодически появляются на Солнце. Они холоднее, чем остальная фотосфера. Одно такое пятно может быть размером с Юпитер и даже больше. Пятна могут появляться и исчезать, могут существовать группами или по одиночке. Они отражают магнитную активность нашей звезды, т.е. они показывают, где силовые линии вырываются наружу, и где снова входят обратно. Солнце выбрасывает широкие энергетические петли. Каждые 11 земных лет магнитные полюса меняются, а в середине этого цикла Солнце находится в энергетическом максимуме.
Детальный снимок солнечных пятен,НАСА.
- Поскольку Солнце не имеет твёрдой поверхности, то при его вращении вещество его вращается по-разному – так, на экваторе вещество движется быстрее, чем на полюсах, поэтому и само магнитное поле выглядит искажённым – отсюда и возникают солнечные пятна. Выплёскиваемая плазма на высоту около 50 000 км образует собой дуги, повторяя контур магнитных силовых линий. Если выброс более мощный, то вещество, вырывающееся из недр Солнца, уже имеет форму струй – их высота может достигать 100 000 км.
Вспышки на Солнце.
- Внешняя атмосфера Солнца – корона, её температура равна 2 миллионам градусов. У короны, можно сказать, свой «танец»: колебания на поверхности Солнца отражаются на поверхности наверху. Но почему корона такая горячая? В самом сердце Солнца – в его ядре температура равна 15 млн градусам! На поверхности - всего 6000, а откуда на короне взялись 2 миллиона градусов? Вероятная причина кроется в магнитной энергии.
Во время солнечных затмений мы видим солнечную корону.
- Солнце пульсирует, подобно гигантскому сердцу, и во время этих пульсаций его форма меняется, поэтому оно не имеет идеальную форму шара.
Реактивные струи раскалённого газа очень мощные под его поверхностью, они создают гигантские вихри и смерчи. Они вращаются на скорости 500 000 км/ч! Эти вихри и передают энергию от ядра, где протекают термоядерные реакции, к его поверхности.
Струи раскалённой плазмы.
- Но Солнце постепенно разогревается и увеличивает свою светимость по мере того, как расходует внутренние запасы своего топлива. Так, примерно через 1 миллиард лет оно будет ярче на 11 %, чем сейчас, что приведёт к существенным климатическим изменениям, которые «преобразят» Землю до неузнаваемости. Температура на поверхности Земли существенно повысится, вода начнёт испаряться, и атмосфера из-за этих паров станет более плотной, что приведёт к развитию парникового эффекта. Живые существа могут спастись только в глубинах морей и океанов. Так что у нас есть 1 млрд лет на то, чтобы найти себе новый дом. Но на 11 % Солнце не остановится, оно будет продолжать «набирать обороты», и уже через 3,5 млрд лет его яркость возрастёт на 40 %! Посмотрите на Венеру – жара в +460 С, парниковый эффект, а на поверхности этой знойной планеты можно спокойно расплавить оловянные ложки или свинцовые пули. Почти так же будет выглядеть Земля к этому времени – раскалённый безжизненный шар, опустошённый зноем и огнём. К этому времени все земные формы жизни будут уничтожены.
Поверхность Венеры в представлении художника - так же будет выглядеть Земля в будущем.
- По мере того как водородное топливо в солнечном ядре будет выгорать, его внешняя оболочка будет расширяться, а ядро — сжиматься и нагреваться.
Когда Солнце достигнет возраста 12 млрд лет, водород в ядре кончится, а образовавшийся из него гелий, ещё неспособный в этих условиях к термоядерному горению, станет сжиматься и уплотняться из-за прекращения ранее поддерживавшего его «на весу» потока энергии из центра. Горение водорода будет продолжаться лишь в тонком внешнем слое ядра. Солнце станет нестабильным и будет расширяться, сойдёт с главной последовательности, и превратится в красного гиганта. Меркурий и Венера будут поглощены Солнцем и полностью уничтожены в его недрах, а насчёт Земли мнения учёных разделились: кто-то считает, что нашу планету постигнет та же участь – быть «съеденной» Солнцем, а кто-то предполагает, что внешние оболочки звезды лишь коснуться её поверхности. В таком случае оставшаяся атмосфера будет сорвана солнечным ветром, оставив лишь раскалённый шар, некогда бывший домом всем, кого мы знаем.
Будущее Земли.
В таком относительно спокойном состоянии Солнце проживёт ещё около 10 миллионов лет. Когда температура в ядре достигнет свыше 100 млн С, произойдёт гелиевая вспышка, и начнётся другая термоядерная реакция синтеза углерода и кислорода из гелия. Солнце, получившее новый источник энергии, уменьшится в размере, а потом, когда запасы гелия иссякнут, повторится снова бурное расширение внешних оболочек звезды. Страшно представить, что будет твориться с престарелым Солнцем! Размер его будет нестабильным, светимость его будет постоянно меняться – бурные вспышки начнут чередоваться с временным потускнением, а во время этих мощных вспышек его светимость будет превышать современный уровень в 5200 раз! Определённо, к Солнцу лучше и близко не подлетать! Такие «звёздные конвульсии» будут длиться, пока эти пульсации не сбросят внешние оболочки. Всё, что останется от нашего Солнца – красивая планетарная туманность с белым карликом в центре – горячим и плотным объектом размером с Землю – это ядро, некогда бывшее сердцем Солнца. Этот белый карлик будет иметь температуру поверхности 120 000 С и светимость его будет составлять 3500 солнечных, но в течение многих миллионов и миллиардов лет он постепенно будет остывать и угасать, а когда совсем остынет, то погаснет и станет чёрным карликом, бороздящим просторы Вселенной.