Солнце: строение, характеристики, интересные факты, фото, видео
Содержание
Звезда из Галактики Млечный Путь, своей геометрической формой, представляющая огромный, раскалённый, газообразный шар, постоянно излучающий потоки энергии. Единственный источник света и тепла в нашей звёздно-планетарной системе. Сейчас Солнце пребывает в возрасте жёлтого карлика, согласно общепринятой классификации типов светил вселенной.
Сравнение Солнца и планет
Расположение Солнца в галактике
Несмотря на свои огромные размеры относительно нашей планеты (да и других планет) в галактических масштабах Солнце далеко не самая большая звезда, а очень даже маленькая, есть звезды куда больше Солнца. Поэтому астрономы относят наше светило к классу желтых карликов.
Что же касается расположения Солнца в галактике (как впрочем, и всей нашей солнечной системы), то оно находится в галактике Млечный путь, ближе к краю рукава Ориона. Удаленность от центра галактики составляет 7.5-8.5 тысяч парсеков. Говоря простым языком, мы с вами не то, чтобы находимся на задворках галактики, но и от центра мы тоже сравнительно далеко – такой себе «спальный галактический район», не на окраине, но и не в центре.
Вот так выглядит расположение Солнца на галактической карте.
Получены самые детальные снимки поверхности Солнца
Только что опубликованные первые снимки с солнечного телескопа Дэниела К. Иноуэ от Национального научного фонда (NSF) показывают уникальную детализацию поверхности Солнца и демонстрируют потрясающий пробный результат, полученный этим выдающимся 4-метровым солнечным телескопом. Солнечный телескоп Иноуэ (DKIST) на вершине вулкана Халеакала, на гавайском острове Мауи, откроет новую эру солнечной науки и сделает шаг вперед в понимании Солнца и его влияния на нашу планету.
Изображение солнечной поверхности с самым высоким, на сегодняшний день, разрешением
Активность на Солнце, которую именуют «космической погодой», может влиять на всевозможные системы на Земле. Магнитные «извержения» на Солнце могут негативно сказаться на работе воздушного транспорта, отрицательно влиять на спутниковую связь, привести к выходу из строя электрических сетей, вызывая длительные перебои с электроэнергией, а также нарушать работу GPS.
Анимация 10-минутных событий на небольшом участке солнечной поверхности
Первые снимки с солнечного телескопа Иноуэ показывают крупный план поверхности Солнца, что поможет ученым подробно изучить его в деталях. Изображения демонстрируют картину турбулентной «кипящей» плазмы, которая покрывает всё Солнце. Клетчатые структуры — каждая размером с Техас (или, например, Чукотский автономный округ в России) — являются признаком интенсивных потоков, которые переносят тепло изнутри Солнца на его поверхность. Эта горячая солнечная плазма поднимается в ярких центрах «ячеек», охлаждается, а затем погружается под поверхность в районе темных полос в результате процесса, известного как конвекция. В этих темных полосах мы также видим крошечные, яркие точки-маркеры магнитных полей. Никогда прежде не наблюдаемые с такой четкостью, эти яркие точки, как полагают ученые, направляют энергию во внешние слои солнечной атмосферы, называемые короной. Эти яркие пятна могут быть одной из основных причин того, почему солнечная корона имеет температуру более миллиона градусов.
Можно разглядеть крошечные детали размером с остров Манхэттен (это меньше Центрального округа Москвы)
— С тех пор, как NSF начал работу над этим наземным телескопом, мы с нетерпением ждали первых изображений, — сказала Франция Кордова, директор NSF, — Теперь мы можем поделиться этими изображениями нашего Солнца, которые являются самыми детальными на сегодняшний день. Солнечный телескоп Иноуэ сможет создавать карты магнитных полей в солнечной короне, где происходят солнечные «извержения», которые могут повлиять на земную жизнь. Этот телескоп улучшит наше понимание того, что движет «космической погодой», и в конечном итоге поможет лучше прогнозировать солнечные бури.
Расширение знаний
Солнце — наша ближайшая звезда — гигантский термоядерный реактор, который сжигает около 5 миллионов тонн водородного топлива каждую секунду. Оно делало это около 5 миллиардов лет и будет продолжать еще 4,5 миллиарда лет. Вся эта энергия излучается в космос во всех направлениях, и крошечная часть, которая поражает Землю, делает возможной нашу жизнь. В 1950-х годах ученые выяснили, что солнечный ветер дует от солнца к краям солнечной системы. Они также впервые пришли к выводу, что мы живем в атмосфере этой звезды. Но многие из наиболее важных процессов на Солнце продолжают сбивать ученых с толку.
— На Земле мы можем очень точно предсказать, пойдет ли где-нибудь в мире дождь, а эра «космической погоды» просто еще не наступила, — сказал Мэтт Маунтин, президент Ассоциации университетов по исследованию астрономии, которая управляет солнечным телескопом Иноуэ, — Наши космические прогнозы отстают от земных на 50 лет, если не больше. Нам нужно понять физику, лежащую в основе «космической погоды», и это начинается на Солнце, что и будет изучать солнечный телескоп Иноуэ в течение следующих десятилетий.
Движения солнечной плазмы постоянно скручивают и запутывают солнечные магнитные поля. Скрученные магнитные поля могут привести к солнечным штормам, которые могут негативно повлиять на наш технологически зависимый современный образ жизни. Во время урагана «Ирма» в 2017 году Национальное управление океанических и атмосферных исследований сообщило, что единовременное событие в «космической погоде» привело к отключению радиосвязи, используемой службами первичного реагирования, авиационными и морскими каналами, на восемь часов, в тот день, когда ураган обрушился на берег.
Наконец, разрешение изображений этих крошечных магнитных элементов является основным, что делает солнечный телескоп Иноуэ уникальным. Он может измерять и характеризовать магнитное поле Солнца более подробно, чем когда-либо прежде, и определять причины потенциально вредной солнечной активности.
— Все дело в магнитном поле, — сказал Томас Риммеле, директор солнечного телескопа Иноуэ, — Чтобы разгадать самые большие загадки Солнца, мы должны не только четко видеть эти крошечные структуры на расстоянии 93 миллионов миль (почти 150 миллионов километров), но и очень точно измерять напряженность их магнитного поля, направление вблизи поверхности, а также отслеживать поле, которое распространяется на корону — внешнюю атмосферу Солнца.
Лучшее понимание причин потенциальных бедствий позволит правительствам и коммунальным службам лучше подготовиться к неизбежным будущим событиям, зависящим от «космической погоды». Ожидается, что уведомление о потенциальном воздействии может быть получено за 48 часов до события вместо текущего стандарта, который составляет около 48 минут. Это даст больше времени для обеспечения безопасности электросетей и критически важной инфраструктуры, а также для перевода спутников в безопасный режим.
Инженерия
Для достижения полученных результатов этот телескоп потребовал много новых важных подходов к его конструкции и конструированию. Построенный Национальной солнечной обсерваторией и управляемый Ассоциацией университетов для исследований в области астрономии (AURA), солнечный телескоп Иноуэ сочетает в себе 13-футовое (4-метровое) зеркало — самое большое в мире для солнечного телескопа — с беспрецедентными условиями просмотра на вершине вулкана Халеакала, на высоте 10 000 футов (более 3 000 метров).
Обсерватория Халеакала — Экрем Канли
Фокусировка в 13 киловатт солнечной энергии генерирует огромное количество тепла, которое необходимо удерживать или удалять. Специализированная система охлаждения обеспечивает необходимую тепловую защиту для телескопа и его оптики. Более семи миль трубопроводов распределяют охлаждающую жидкость по всей обсерватории, частично охлажденную льдом, создаваемым на месте по ночам.
Солнечный телескоп Дэниела К. Иноуэ
Купол, охватывающий телескоп, покрыт тонкими охлаждающими пластинами, которые стабилизируют температуру вокруг телескопа, чему способствуют жалюзи внутри купола, обеспечивающие тень и циркуляцию воздуха. «Тепловой стопор» (высокотехнологичный металл с водяным охлаждением в форме пончика) блокирует бóльшую часть солнечной энергии от главного зеркала, что позволяет ученым изучать определенные области солнца с беспрецедентной четкостью.
Телескоп также использует современную адаптивную оптику для компенсации искажений, создаваемых атмосферой Земли. Конструкция оптики («внеосевое» размещение зеркал) уменьшает яркий рассеянный свет для лучшего обзора и дополняется ультрасовременной системой для точной фокусировки телескопа и устранения искажений, создаваемых атмосферой Земли. Эта система, применяемая для изучения Солнца, является самой передовой на сегодняшний день.
— Обладая самой большой апертурой среди солнечных телескопов, уникальным дизайном и современными приборами, солнечный телескоп Иноуэ впервые сможет выполнять самые сложные измерения различных показателей Солнца, — сказал Риммеле, — После более чем 20-летней работы большой команды, занимающейся проектированием и строительством ведущей обсерватории солнечных исследований, мы близки к финишной черте. Я очень взволнован тем, что могу наблюдать с помощью этого невероятного телескопа первые солнечные пятна нового солнечного цикла, которые только что появились.
Новая эра солнечной астрономии
Новый наземный солнечный телескоп Иноуэ будет работать с космическими инструментами солнечного наблюдения, такими как Solar Probe (Паркер) — НАСА (в настоящее время находится на орбите вокруг Солнца) и Solar Orbiter (SolO) — ЕКА / НАСА (скоро будет запущен). Эти три проекта по наблюдению за солнечной энергией расширят границы ее исследований и улучшат способность ученых прогнозировать «космическую погоду».
— Это захватывающее время для физика солнечной энергетики, — сказал Валентин Пиллет, директор Национальной солнечной обсерватории NSF, — Солнечный телескоп Иноуэ обеспечит дистанционное зондирование внешних слоев Солнца и магнитных процессов, которые в них происходят. Эти процессы распространяются в солнечную систему, где миссии Solar Probe и Solar Orbiter будут измерять их последствия. В целом, они представляют собой поистине многофункциональный инструментарий для того, чтобы понять, как звезды и их планеты магнитно связаны.
— Эти первые снимки — это только начало, — сказал Дэвид Бобольц, директор программы в Отделе астрономических наук NSF, который наблюдает за строительством и эксплуатацией объекта, — В течение следующих шести месяцев команда ученых, инженеров и техников телескопа Иноуэ продолжит его испытания и ввод в эксплуатацию, чтобы подготовить телескоп к использованию международным научным сообществом по солнечной энергии. Солнечный телескоп Иноуэ будет собирать больше информации о нашем Солнце в течение первых 5 лет своего существования, чем все солнечные данные, собранные с тех пор, как Галилей впервые направил свой телескоп на Солнце в 1612 году.
На этом снимке, снятом с длиной волны 789 нанометров (нм), мы впервые видим объекты размером всего 18 миль (30 км) на пиксель.
Описание структуры Солнца
Солнце на три четверти состоит из молекулярного водорода, который является главным ядерным топливом. Менее 25% приходится на гелий и только один процент приходится на азот, углерод и кислород.
Огромное давление, вызываемое силами внутренней гравитации, запустили цепную термоядерную реакцию миллиарды лет назад. Огромные запасы водорода являются залогом долгой жизни нашего светила. До тех пор, пока происходит термоядерный синтез, звезда Солнце горит и живет. Вся система находится в устойчивом и сбалансированном виде. Расщепляясь в ходе сложных химических и термодинамических процессов на атомы, водород превращается в протоны и электроны.
Для этого процесса необходимо колоссальное давление, которое в 340 млрд. раз превышает давление земной атмосферы. Для запуска термоядерной реакции необходима и высокая температура, составляющая в недрах Солнца 115 млн. градусов Цельсия. Давление внешних слоев звезды компенсируется давлением, испускаемым солнечным ядром. В противном случае звездная материя обрушилась бы к центру звезды.
В процессе реакции при температуре 10-14 млн градусов Цельсия горение водорода сопровождается следующими процессами. Из четырех ядер водорода образуется одно ядро гелия. Этот процесс сопровождается колоссальным выделением тепловой и световой энергии.
Важен момент, который характеризует мощность, выделяемую Солнцем. Равномерное горение ядерного топлива обеспечивает спокойное существование звезды в течение миллиардов лет. Другими словами, скорость преобразования тепловой и световой энергии у нашей звезды меньше удельной мощности тепловыделения живого человека. По мере выработки водородного топлива в составе звездной материи звезда начнет расширяться. Размер звезды значительно вырастет, переведя Солнце в категорию красных гигантов. Вместо затухающих термоядерных реакций деления водорода в дело вступят реакции горения гелия. В результате деления гелия образуются углерод и кремний. Расширение звезды будет продолжаться до тех пор, пока собственные силы тяжести Солнца не смогут удерживать звездный газ. На месте красного гиганта возникает планетарная туманность, в центре которой останется белый карлик – обнажившееся ядро бывшей звезды.
Спустя 4-5 млрд. лет, если Земля переживет фазу красного гиганта, Солнце по размерам сравняется с нашей планетой.
Эволюция Солнца в главной последовательности. Рождение из протозвезды – нынешнее состояние зрелости – фаза красного гиганта – планетарная туманность и белый карлик.
Благодаря современным достижениям науки учеными-астрофизикам и ядерщикам удалось более детально подойти к изучению звезд. Солнце, самая ближайшая к нам звезда, предоставляет для этого все необходимые условия. Исследуя наше главное светило, мы можем получить представление о том, чем живет звезда и какие процессы происходят в ее недрах. Чем больше мы продвигаемся в вопросах изучения Солнца, тем проще нам будет понять те процессы, которые происходят уже в масштабах галактики и Вселенной.
Загрузка...
