Страница 5 из 10
Солнце
ЯДЕРНАЯ ЭНЕРГИЯ НА МИЛЛИАРДЫ ЛЕТ
Какого размера Солнце?
Как и остальные звезды, Солнце является самосветящимся горячим газовым шаром. Оно не имеет четко ограниченной поверхности, как Земля. Диаметр солнечного диска, видимого невооруженным глазом, составляет 1 395 000 км.
Этот отрезок равен по длине «ожерелью», в котором вместо бусин нанизаны 109 земных шаров. А всего в горячем теле Солнца могло бы поместиться не менее 1 300 000 таких «шариков».
Масса Солнца в 333 000 раз больше, чем у нашей планеты, и составляет 99,87 % общей массы Солнечной системы. На долю всех планет, начиная с гигантского Юпитера и кончая небольшими кометами и лунами, остаются в сумме жалкие 0,13 %. Несмотря на такую огромную массу, Солнце является средней звездой. Существуют звезды, имеющие 100 солнечных масс, а есть и такие, чей размер сопоставим с орбитой Земли.
Диаметр Солнца равен длине «нити» с нанизанными на нее 109 земными шарами. Вся орбита Луны поместилась бы внутри Солнца.
Сравнение размеров Солнца и планет.
Существует много звезд, которые по размеру гораздо больше Солнца.
Как устроено Солнце?
Как мы уже упоминали, наше Солнце является массивным самосветящимся газовым шаром. Человеку трудно даже представить, что такое Солнце на самом деле. В центре его температура 15 миллионов градусов, давление в 200 миллиардов раз выше, чем давление воздуха в земной атмосфере, плотность вещества в 7 раз больше, чем у самого плотного земного металла. Человек давно мечтал повторить в земных условиях процесс, который уже миллиарды лет непрестанно происходит в ядре Солнца, когда при слиянии атомных ядер выделяется энергия. После того как энергия переносится из внутренних слоев Солнца путем излучения ближе к поверхности, начинается конвекция, то есть перемешивание горячих и холодных слоев вещества. В результате гигантские потоки горячего вещества всплывают наверх. Этот процесс можно сравнить с тем, как вскипает в кастрюле суп.
Перенос энергии из центра солнечного шара наружу занимает около 10 миллионов лет.
Излучающая поверхность Солнца называется фотосферой. Фотосфера имеет зернистую структуру, называемую грануляцией. Каждое такое «зерно» размером почти с Германию и представляет собой поднявшийся на поверхность поток горячего вещества. На фотосфере часто можно увидеть относительно небольшие темные области — солнечные пятна (см. стр. 30). Они на 1500° холоднее окружающей их фотосферы, температура которой достигает 5800°. Из-за разницы температур с фотосферой эти пятна и кажутся при наблюдении в телескоп совершенно черными. Но если представить одно такое пятно на небе без окружающей его фотосферы, то оно было бы ярче Луны. Над фотосферой расположен следующий, более разреженный слои, называемый хромосферой, то есть «окрашенной сферой». Такое название хромосфера получила благодаря своему красному цвету. И наконец, над ней находится очень горячая, но и чрезвычайно разреженная часть солнечной атмосферы — корона — с температурой в несколько миллионов градусов. Сияние короны не столь ярко, как у более плотной фотосферы, и поэтому она не видна невооруженным глазом.
Внешние слои Солнца состоят на 73,5 % из водорода и на 24,8 % из гелия. Остальные элементы, такие как железо, кислород, золото, составляют всего 1,7 %. Но о каждой из областей Солнца и о его слоях стоит рассказать подробно.
Внутреннее строение Солнца.
Почему Солнце светит?
Уже на протяжении миллионов лет Солнце светит почти неизменно. Так же, как теперь для нас, людей, оно светило когда-то для микроорганизмов и вымерших ящеров. Если бы Солнце разогревалось углем или нефтью, то оно давно бы погасло, так как закончилось бы его топливо. Лет сто назад ученые считали, что Солнце постепенно сжимается и за счет этого выделяет энергию. Но их предположение не оправдалось. Если бы излучение Солнца происходило таким образом, то оно не смогло бы обеспечить жизнь на Земле светом и теплом на протяжении 3 миллиардов лет. Сегодня мы знаем, что излучение Солнца, как и других звезд, продолжается столь длительное время только благодаря атомной энергии. Как же она возникает на Солнце? Упрощенно ее получение можно описать так: из четырех атомов водорода образуется один атом гелия. Этот атом немного легче, чем сумма его составных частей. А что же оставшаяся часть массы, «потерялась»? Нет, она почти целиком превращается в энергию.
Каждую секунду на Солнце расходуется 564 млн. т водорода, которые превращаются в 560 млн. т гелия. Остальные 4 млн. т, то есть 0,7 % горючего вещества, преобразуются в солнечную энергию. Во внутренних областях Солнца сегодня уже гораздо больше гелия, чем во внешних. Наша дневная звезда находится примерно в середине своего жизненного пути.
Запасов горючего ей хватит, по крайней мере, еще на 5 миллиардов лет. В ядре Солнца энергия выделяется в форме очень мощных частиц излучения — квантов. Они пробиваются к поверхности звезды миллионы лет и, достигнув ее, излучаются в космос. Это излучение и есть солнечный свет. Полная мощность солнечного излучения составляет 388 000 000 000 000 000 000 000 кВт или, как говорят физики, 3,88×1023 кВт.
Вероятно, огромные отвлеченные числа мало о чем вам скажут. Но можно иначе представить, сколь велика энергия, излучаемая нашим светилом.
Каждый квадратный метр солнечной поверхности выделяет 63 000 кВт, а это равно мощности 63 000 электроутюгов или миллиона ламп накаливания. На квадратный метр нашей планеты перпендикулярно ее поверхности попадает лишь немногим более 1 кВт солнечного излучения. Но и этого достаточно, чтобы Земля была обитаемой.
Из четырех водородных ядер в недрах Солнца образуется одно ядро гелия. Масса этого ядра меньше, чем сумма масс его составляющих. Недостающая масса преобразуется в энергию.
Увеличивается или уменьшается Солнце со временем?
За последние миллионы лет диаметр Солнца и мощность его излучения меняются весьма незначительно. Более чем 100 миллионов лет Солнце светит почти одинаково, и за столь долгое время его размер существенно не изменился. Но так не будет продолжаться вечно. В конце своей жизни Солнце сильно увеличится в объеме и превратится в гигантскую красную звезду. К счастью, это произойдет через много миллиардов лет.
Можно ли заглянуть внутрь Солнца?
Солнце совершенно непрозрачно. Мы можем видеть только его поверхность — фотосферу. Но существуют крохотные частицы, — их называют нейтрино, — которые возникают при выделении атомной энергии в ядре Солнца и легко его покидают. За несколько минут они беспрепятственно пролетают сквозь Солнце и достигают Земли. Здесь их регистрируют при помощи специальных приборов. Солнце непрозрачно только для света, а нейтрино могут пройти сквозь него. Если бы наш глаз воспринимал не свет, а нейтрино, мы могли бы заглянуть внутрь Солнца. Судя по вычислениям ученых, Земли достигает гораздо меньшее число нейтрино, чем ожидалось. Некоторые исследователи даже предполагают, что сейчас Солнце работает не в полную силу. Но почему это происходит в действительности — остается одной из загадок Солнца.
НАБЛЮДЕНИЯ ЗА СОЛНЦЕМ — ВЧЕРА И СЕГОДНЯ
Что можно увидеть на Солнце с помощью телескопа?
Прежде всего запомните главное правило: нельзя смотреть на Солнце невооруженным глазом и, тем более, в бинокль или в телескоп без специальных светофильтров. Такое наблюдение может окончиться для вас печально: последствием его могут стать серьезные повреждения глаз, ожоги и даже слепота. Нужно обязательно использовать хороший, очень темный солнечный фильтр. При наблюдении в бинокль или телескоп его помещают перед объективом. А еще лучше — спроецировать солнечное изображение через телескоп на белый экран, например на лист плотной бумаги. При установке телескопа будьте внимательны: ни в коем случае не заглядывайте в него по рассеянности. Лучше всего направлять прибор, встав к Солнцу спиной и глядя на тень телескопа. После нескольких упражнений вы легко научитесь делать это правильно. Даже с маленьким любительским телескопом можно изучать солнечные пятна, а в хорошую погоду вам удастся увидеть «зерна» на поверхности Солнца или яркие области, которые называют факелами. Опытные любители астрономии могут, конечно, использовать приставные фильтры и специальные телескопы. Но наблюдения Солнца доставят вам удовольствие и в том случае, если вы воспользуетесь описанными здесь простейшими приборами.
Астроном Кристоф Шейнер в XVII веке мог так же, как и мы, наблюдать Солнце без всякой опасности для своих глаз. Он проецировал через телескоп изображение Солнца на белую поверхность и мог наблюдать темные пятна.
Что такое солнечный спектр?
Если пропустить белый солнечный свет через узкую щель, а затем через стеклянную призму, то он разделится на цвета радуги: красный, желтый, зеленый, синий и фиолетовый. Такой свет, разложенный на отдельные цвета, называется спектром. Конечно, в наше время для разложения света на цвета спектра ученые используют не простые призмы, а довольно сложные приборы — спектрографы. Можно заметить, что в некоторых местах солнечного спектра на цветах радуги видны темные линии.
Атомы каждого вещества показывают на спектре строго определенные линии.
Поэтому, изучив спектр, мы можем выяснить, какие вещества встречаются во внешних областях Солнца. В загадочных линиях спектра зашифрована важная информация о температуре, давлении и магнитном поле далекой звезды. Ученым расшифровать ее было нетрудно, и так они смогли узнать, насколько горяча поверхность Солнца и из чего она состоит.
Белый свет Солнца, пройдя через призму, разлагается на цвета радуги и дает спектр.
