Солнце: как устроена наша звезда
Солнце — ближайшая к Земле звезда и главный источник энергии для её поверхности. В его недрах водород превращается в гелий, а выделившаяся энергия постепенно выходит наружу в виде излучения.
На подоконнике нагревается чашка, на улице тает снег, а листья тянутся к свету. Во всех этих привычных сценах участвует энергия звезды, находящейся далеко от Земли. Солнце кажется простым ярким кругом, хотя внутри него непрерывно идут процессы, определяющие условия на нашей планете.
1Что это за объект
Солнце состоит главным образом из водорода и гелия. Его вещество настолько горячее, что значительная часть атомов разделена на электрически заряженные частицы. Такое состояние называют плазмой. Оно отличается от обычного газа тем, что сильнее связано с электрическими и магнитными явлениями.
Твёрдой поверхности, похожей на земную почву, у Солнца нет. Видимый край диска соответствует слою, из которого к нам выходит большая часть наблюдаемого света. Выше располагается солнечная атмосфера, а ниже вещество становится плотнее и горячее. Поэтому слова «поверхность Солнца» требуют этой оговорки.
Звезда удерживается вместе собственной гравитацией. Внутреннее давление препятствует дальнейшему сжатию. Такое равновесие не означает неподвижности: внутри движется вещество, распространяется энергия, меняются магнитные поля. Солнце вращается, причём разные широты его внешних слоёв вращаются с разной скоростью.
Солнечный свет приносит энергию для фотосинтеза и нагревает поверхность планеты. Неравномерный нагрев помогает приводить в движение воздух и воду. Однако погоду нельзя объяснить одним лишь Солнцем: важны также океаны, рельеф, состав атмосферы и множество взаимосвязанных процессов.
2Откуда энергия
В солнечном ядре очень высоки температура и давление. В этих условиях идут термоядерные реакции: ядра водорода через цепочку превращений образуют гелий. При этом часть массы переходит в энергию. Именно этот источник позволяет звезде светить в течение огромных промежутков времени.
Обычное пламя устроено иначе. Например, при горении древесины меняются химические связи, а солнечная энергия возникает при изменениях атомных ядер. Поэтому представление о Солнце как о большом костре вводит в заблуждение. Для его работы не требуется подача кислорода из окружающего пространства.
Энергия ядра не выходит наружу одним прямым лучом. В плотном веществе излучение многократно взаимодействует с частицами, передавая им энергию и вновь испускаясь. В наружной части недр существенную роль играет движение самого вещества. Путь энергии из глубины к видимому слою гораздо сложнее, чем её дальнейший полёт к Земле.
До нас солнечный свет добирается примерно за восемь минут. Это значит, что видимый диск показывает недавнее состояние звезды, а не буквально её настоящее в тот же момент. Такое запаздывание есть при наблюдении любого далёкого объекта, но для Солнца его легко представить в привычных единицах времени.
3Слои Солнца
В центре находится ядро, где выделяется энергия термоядерных реакций. Дальше расположена область лучистого переноса. Ещё выше начинается конвективная зона: горячее вещество поднимается, отдаёт часть энергии и опускается. Похожее движение можно увидеть в нагреваемой жидкости, хотя солнечные условия совершенно иные.
| Область | Что в ней происходит |
|---|---|
| Ядро | Термоядерные реакции выделяют энергию |
| Лучистая зона | Энергия переносится главным образом излучением |
| Конвективная зона | Существенную роль играет движение вещества |
| Фотосфера | Отсюда приходит большая часть видимого света |
| Хромосфера и корона | Внешние слои солнечной атмосферы |
Фотосфера имеет неоднородный вид. На подробных изображениях заметна зернистая структура — след движения горячего вещества снизу. Над фотосферой лежит хромосфера, а затем разреженная корона. Она простирается далеко в космическое пространство и связана с солнечным ветром.
4Пятна и вспышки
Солнечные пятна выглядят тёмными, потому что их температура ниже температуры окружающей фотосферы. Сами по себе они всё равно яркие и горячие. Сильное магнитное поле в этих областях влияет на перенос энергии, поэтому вещество там излучает меньше видимого света, чем рядом.
Магнитные поля связаны и с другими проявлениями активности. Вспышка представляет собой быстрое выделение энергии в солнечной атмосфере. Выброс корональной массы — выброс большого количества плазмы в пространство. Эти события могут сопровождать друг друга, но названия обозначают разные явления.
Активность меняется примерно в одиннадцатилетнем цикле. Возле максимума обычно больше пятен и активных областей, возле минимума — меньше. Это не расписание каждого отдельного события. Даже знание фазы цикла не позволяет заранее назвать время всех будущих вспышек.
Если возмущение достигает Земли, оно может повлиять на её магнитное окружение, радиосвязь и работу спутников. Одно из видимых проявлений взаимодействия солнечной активности с нашей планетой — полярное сияние. Земная атмосфера и магнитное поле при этом играют важную защитную роль.
5Как смотреть безопасно
Яркий солнечный диск требует специальных средств наблюдения. Обычные тёмные очки, затемнённое стекло и самодельные фильтры не обеспечивают подходящей защиты. Во время частичного затмения опасность сохраняется: оставшаяся видимая часть Солнца всё ещё очень яркая.
Особенно опасно направлять на Солнце бинокль или телескоп без предназначенного для солнечных наблюдений оборудования. Оптика собирает свет и усиливает воздействие. Безопасные наблюдения проводят с подходящими сертифицированными средствами и соблюдением инструкции; удобный вариант знакомства со звездой — изображения обсерваторий или показ под руководством специалиста.
На таких изображениях разные цвета часто обозначают выбранный диапазон излучения или способ обработки данных. Солнце на них может выглядеть необычно, но это помогает различать области с разными свойствами. Подпись к снимку объясняет, что именно показано и как следует читать изображение.