Температура внутри солнца достигает. Температура солнца и другие интересные сведения об этой звезде

Слухи о скором конце оказались несколько преувеличенными

В 2005 году астрофизик Пирс Ван дер Меер выступил с сенсационным заявлением. По его словам, в последнее столетие температура Солнца постоянно растет. Такой процесс, как правило, наблюдается перед метаморфозой обычной звезды в сверхновую. Таким образом, ученый предрекал через шесть лет неизбежный взрыв Солнца и, как следствие, гибель всего живого на Земле. Но зафиксированные НАСА протуберанцы не свидетельствовали ни о каких-либо серьезных изменениях на нашей звезде, а глобальное потепление прошлого века связано с парниковым эффектом, «побочным продуктом» человеческой деятельности. Таким образом, весть о «Судном Дне» оказалась несколько преждевременной.

Какова же на самом деле температура Солнца?

Этот вопрос будоражил ученых еще много веков тому. Бесспорно, наше светило очень горячее, ведь оно дарит тепло, находясь за много тысяч километров от Земли. Но только в ХХ веке астрофизикам удалось подсчитать его более-менее точную температуру. Оказалось, она различается в зависимости от близости к ядру небесного тела. В его середине она составляет целых пятнадцать с половиной миллионов градусов по Цельсию (или 27 млн градусов по Фаренгейту). Верхний слой гелиево-водородной атмосферы звезды раскален до миллиона градусов, а на поверхности температура Солнца по Цельсию составляет 5515 градусов.

Откуда мы это знаем?

Естественно, еще ни один космонавт или управляемый с Земли корабль не летал на наше светило с градусником. Однако температура Солнца в градусах может быть лабораторно вычислена по спектральному излучению. Звезда видится нам желтой. Если бы она была горячее, мы бы называли наше солнышко голубым… Хотя вряд ли бы было кому его называть, ведь возникновение белковой жизни на Земле при таких испепеляющих температурах было бы невозможно. Если бы центр нашей звездной системы был холоднее, он представлялся бы красноватым. Изучая излучение светила через цветовой спектр, ученые выяснили следующее: ниже всего температура на поверхности звезды, а глубже к ядру жар больше.

В каких единицах измеряется температура Солнца?

В быту мы пользуемся двумя системами измерения температуры: по Цельсию (в европейских странах) и по Фаренгейту (в Америке). Но астрофизики пользуются иной метрической системой - по Кельвину. Последнюю шкалу и систему Цельсия легко сопоставить. Ведь у них только ноль не совпадает. Цельсий взял за точку отсчета температуру замерзания воды, а Кельвин - абсолютный ноль. Он составляет минус 273 градуса, именно такой холод царит в безвоздушном пространстве Космоса. Таким образом, температура Солнца, измеряемая по научной шкале, равняется 5800 градусов Кельвина на поверхности, а в ядре - 15 500 273 К. Будут ли эти показатели изменяться со временем? Несомненно! Все звезды - и Солнце не исключение - когда-то рождаются, набирают в массе, преобразуясь в красный гигант. А потом начинается старение: сначала небесное тело становится белым карликом (представляя одно ядро, без короны), потом черным карликом, пока не взорвется Сверхновой звездой. Но нашему светилу, по подсчетам серьезных ученых, осталось еще греть человечество около пяти миллиардов лет.

Это огромная по своей массе звезда, в которой постоянно идет термоядерный синтез, благодаря чему и выделяется тепло. Состоит она из 70% водорода и 28% гелия. Доля металлов в её составе - всего лишь 2%. Температура Солнца в градусах по Цельсию может кардинально различаться. В некоторых местах температура может составлять всего 5 800°С (поверхность), а в других все 13 500 000°С (ядро). Кроме того, на поверхности Солнца присутствует огромное количество темных пятен и некоторых других объектов, которые также имеют большой разброс по температуре.

Как Солнце выделяет такое количество энергии? Данный процесс достаточно сложен. Во внутреннем ядре - термоядерная реакция, а именно деление ядер водорода под большим давлением. В результате этого синтезируется одно ядро гелия, а также освобождается огромное количество энергии. Как известно на данный момент, Солнце израсходовало около половины своих запасов водорода, оставшихся запасов хватит еще на 5 миллиардов лет. По мере расходования топлива, звезда будет постепенно становиться все больше, пока не достигнет троекратного увеличения. Затем Солнце станет маленьким «белым карликом», однако многих планет уже не станет, и Земля относится к их числу. Так или иначе, в исследовательских лабораториях по всему миру ученые постоянно пытаются повторить все эти процессы, которые происходят внутри звезды, чтобы как можно подробнее изучить поведение плазмы в земных условиях.

Атмосфера Солнца возвышается на 500 километров от поверхности светила. Этот промежуток называется фотосферой. Из-за конвекции поток тепла поднимается выше, в фотосферу.

Кроме фотосферы, существует еще и хромосфера, толщина которой составляет около 10 тысяч километров. Разделяется она на две основные зоны:

• нижняя - занимает пространство до 1 500 км, её основу составляет нейтральный водород, средняя её температура находится на уровне 4000°С и увеличивается с повышением высоты;
• верхняя - формируется отдельными спикулами, которые выбрасываются из нижней части хромосферы на высоту до 10 000 км, причем температура здесь намного выше и доходит до 15 000°С. Кроме того, при спектральном анализе ученым удалось обнаружить в её составе гелий, кальций и ионизированный водород.

Хромосфера - это не самая плотная субстанция, поэтому наблюдать её можно только во время полного солнечного затмения либо при помощи специальных узкоспециализированных фильтров.

Протуберанцы

Еще одной важной частью солнечной активности являются протуберанцы. Фактически, они представляют собой плотную конденсацию холодного (по меркам Солнца) вещества, которое удерживает магнитное поле звезды. В зависимости от типа, протуберанцы могут выглядеть как темное пятно, волокно, так и иметь древесную или кустовую формы. Наблюдать их становится возможным, в основном, во время затмения либо через специальный протуберанц-спектроскоп. Кинетическая температура протуберанцев колеблется от 15 000 до 25 000 градусов Цельсия.

На текущий момент не существует однозначной теории, которая бы полностью объяснила возникновение протуберанцев. Принято считать, что эти выбросы происходят благодаря одновременному воздействию гравитации, электричества и магнитной силы.

Заключение

Как можно убедиться, температура Солнца в градусах по Цельсию может иметь колоссальные различия. С одной стороны, звезда дает свет, а с другой, постоянно пытается уничтожить всю жизнь на ней, достаточно лишь вспомнить солнечный ветер, который постоянно оказывает давление на магнитное поле планеты.

Состоящей из плазмы и газа. Около 91% газа представляет собой водород, за которым следует гелий. Солнце служит самым важным источником энергии для всех живых организмов на Земле. На него приходится 99,86% от общей массы Солнечной системы. Это самое яркое космическое тело, наблюдаемое на небе Земли, и температура Солнца сильно варьируется от ядра к поверхности звезды.

Структура Солнца

Ядро Солнца

В ядре Солнца гравитационное притяжение приводит к огромным температурам и давлению. Температура здесь может достигать 15 миллионов градусов по Цельсию. Атомы водорода в этой области сжимаются, и сливаются вместе для получения гелия в процессе, называемом ядерным синтезом. Ядерный синтез вырабатывает огромное количество энергии, которая излучается к поверхности Солнца и в впоследствии достигает Земли. Энергия от ядра проникает в конвективную зону.

Конвективная зона

Эта зона простирается на 200 000 км и приближается к поверхности. Температура в этой зоне опускается ниже 2 миллионов градусов Цельсия. Плотность плазмы достаточно низка, чтобы создать конвективные токи и транспортировать энергию к поверхности Солнца. Тепловые колонны зоны создают отпечаток на поверхности Солнца, придавая ему гранулированный вид, называемый супергрануляцией в самом большом масштабе и грануляцией в наименьшем масштабе.

Фотосфера

Фотосфера - это внешняя излучающая оболочка Солнца. Большая часть энергии этого слоя полностью вытекает из Солнца. Толщина слоя составляет от десятков до сотен километров, а солнечные пятна на нем темнее и прохладнее, чем окружающий регион. В основе больших солнечных пятен температура может составлять 4 000 градусов Цельсия. Общая температура фотосферы составляет приблизительно 5 500 градусов Цельсия. Энергия Солнца обнаруживается как видимый свет в фотосфере.

Хромосфера

Хромосфера является одним из трех основных слоев атмосферы Солнца и имеет толщину от 3000 до 5000 км. Она расположена прямо над фотосферой. Хромосфера обычно не видна, если нет полного затмения, в течение которого ее красноватый свет окружает лунный диск. Слой обычно не наблюдается без специального оборудования из-за яркости фотосферы. Средняя температура хромосферы составляет около 4 320 градусов по Цельсию.

Корона

Корона простирается на миллионы километров в космос и, как хромосфера, легко видна во время затмения. Температура короны может достигать 2 миллионов градусов Цельсия, и именно эти высокие температуры придают ей уникальные спектральные особенности. Когда она остывает, теряя как радиацию, так и тепло, вещество сдувается в виде солнечного ветра.

Солнце — единственная звезда в Солнечной системе, которая отвечает за климат и погоду Земли. Это почти идеальная сфера с различием всего в 10 км в диаметре между полюсами и экватором, которая просто поражает своими масштабами!

Характеристики Солнца:

Возраст: 4.6 миллиарда лет

Тип: «желтый карлик» (G2V)

Диаметр: 1,392,684 км

Окружность в Экваторе: 4,370,005.6 км

Масса: 1,989,100,000,000,000,000,000 миллиардов кг (в 333,060 больше земли)

Поверхностная температура: 5500 °C

Во всемирный день Солнца, LifeGuide приготовил Вам 10 невероятных фактов об этой огромной жаркой звезде

1. В Солнце может поместиться один миллион Земель

2. Солнце, в конце концов, поглотит землю

Когда весь водород будет сожжен, Солнце будет продолжать сжигать гелий в течение около 130 миллионов лет, во время которого поглотит Меркурий, Венеру и Землю. На этом этапе Солнце станет красным гигантом.

3. Солнце когда-нибудь станет размером с Землю

После стадии красного гиганта, Солнце разрушится, сохраняя свою огромную массу, но в объеме нашей Земли. Когда это произойдет, солнце станет белым карликом.

4. Масса Солнца составляет 99,866 % от суммарной массы всей Солнечной системы

Это почти в 330 000 раз больше, чем масса Земли.

5. Свет от Солнца достигает земли всего за 8 минут

Расстояние от Солнца до земли 150 миллионов километров, скорость света 300 000 км в секунду. Разделив расстояние на скорость, получится приблизительное время 500 секунд, или 8 мин и 20 сек.

6. Солнце движется со скоростью 220 км в секунду

Расстояние Солнца от центра нашей галактики 24 000 — 26 000 световых лет и ему понадобится 225 – 250 миллионов лет, чтобы облететь орбиту Млечного пути.

7. Если бы капля вещества из ядра Солнца упала на поверхность Земли, то ни одно живое существо не выжило бы на расстоянии 150 км от падения

8. Температура внутри Солнца может достигать 15 миллионов градусов по Цельсию

В ядре энергия генерируется путем ядерного синтеза, водород превращается в гелий. Как известно, горячие объекты расширяются и если бы солнце не обладало огромной гравитационной силой, оно бы взорвалось как огромная бомба. · 03/05/2014

Температура - очень важная характеристика состояния вещества, от которой зависят основные его физические свойства. Ее определение - одна из труднейших астрофизических задач. Это связано как со сложностью существующих методов определения температуры, так и с принципиальной неточностью некоторых из них. За редким исключением, астрономы лишены возможности измерять температуру с помощью какого-либо прибора, установленного на самом исследуемом теле. Однако даже если бы это удалось сделать, во многих случаях тепло-измерительные приборы оказались бы бесполезными, так как их показания сильно отличались бы от действительного значения температуры. Термометр дает правильные показания только в том случае, когда он находится в тепловом равновесии с телом, температура которого измеряется. Поэтому для тел, не находящихся в тепловом равновесии, принципиально невозможно пользоваться термометром, и для определения их температуры необходимо применять специальные методы. Рассмотрим основные методы определения температур и укажем важнейшие случаи их применения.

Определение температуры по ширине спектральных линий . Этот метод основан на использовании формулы (7.43), когда из наблюдений известна доплеровская ширина спектральных линий излучения или поглощения. Если слой газа оптически тонкий (самопоглощения нет), а его атомы обладают только тепловыми движениями, то таким путем непосредственно получается значение кинетической температуры. Однако очень часто эти условия не выполняются, о чем прежде всего говорит отклонение наблюдаемых профилей от кривой Гаусса, изображенной на рис. 90. Очевидно, что в этих случаях задача определения температуры на основании профилей спектральных линий сильно усложняется.

Определение температуры на основании исследования элементарных атомных процессов, приводящих к возникновению наблюдаемого излучения . Этот метод определения температуры основан на теоретических расчетах спектра и сравнении их результатов с наблюдениями. Проиллюстрируем этот метод на примере солнечной короны. В ее спектре наблюдаются линии излучения, принадлежащие многократно ионизованным элементам, атомы которых лишены более чем десятка внешних электронов, для чего требуются энергии по крайней мере в несколько сотен электрон-вольт. Мощность солнечного излучения слишком мала, чтобы вызвать столь сильную ионизацию газа. Ее можно объяснить только столкновениями с энергичными быстрыми частицами, главным образом свободными электронами. Следовательно, тепловая энергия значительной доли частиц в солнечной короне должна равняться нескольким сотням электрон-вольт. Обозначая через е энергию, выраженную в электрон-вольтах и учитывая (7.13), имеем Т = 11 600 в.

Тогда энергию в 100 эв большинство частиц газа имеет при температуре более миллиона градусов.

Определение температуры на основании применения законов излучения абсолютно черного тела . На применении законов излучения абсолютно черного тела (строго говоря, справедливых только для термодинамического равновесия) к наблюдаемому излучению основан ряд наиболее распространенных методов определения температуры. Однако по причинам, упомянутым в начале этого параграфа, все эти методы принципиально неточны и приводят к результатам, содержащим большие или меньшие ошибки. Поэтому их применяют либо для приближенных оценок температуры, либо в тех случаях, когда удается доказать, что эти ошибки пренебрежимо малы. Начнем именно с этих случаев.

Оптически толстый, непрозрачный слой газа в соответствии с законом Кирхгофа дает сильное излучение в непрерывном спектре. Типичным примером могут служить наиболее глубокие слои атмосферы звезды. Чем глубже находятся эти слои, тем лучше они изолированы от окружающего пространства и тем ближе, следовательно, их излучение к равновесному. Поэтому для внутренних слоев звезды, излучение которых до нас совсем не доходит, законы теплового излучения выполняются с высокой степенью точности.

Совсем иначе обстоит дело с внешними слоями звезды. Они занимают промежуточное положение между полностью изолированными внутренними слоями и совсем прозрачными самыми внешними (имеется в виду видимое излучение). Фактически мы видим те слои, оптическая глубина которых не слишком сильно отличается от 1. Действительно, более глубокие слои хуже видны вследствие быстрого роста непрозрачности с глубиной, а самые внешние слои слабо излучают (напомним, что излучение оптически тонкого слоя пропорционально его оптической толщине). Следовательно, излучение, выходящее за пределы данного тела, возникает в основном в слоях. Иными словами, те слои, что мы видим, расположены на глубине, начиная с которой газ становится непрозрачным, Для них законы теплового излучения выполняются лишь приблизительно. Так, например, для звезд, как правило, удается подобрать такую планковскую кривую, которая, хотя и очень грубо, все же напоминает распределение энергии в ее спектре. Это позволяет с большими оговорками применить законы Планка, Стефана - Больцмана и Вина к излучению звезд.

Рассмотрим применение этих законов к излучению Солнца, На рис. 91 изображено наблюдаемое распределение энергии в спектре центра солнечного диска вместе с несколькими планковскими кривыми для различных температур. Из этого рисунка видно, что ни одна из них в точности не совпадает с кривой для Солнца. У последней максимум излучения выражен не так резко. Если принять, что он имеет место в длине волны max = 4300 Å, то температура, определенная по закону смещения Вина, окажется равной Т ( шах) = 6750°.

Полная энергия, излучаемая 1 см 2 поверхности Солнца, равна

e ¤ = 6,28×10 10 эрг/см 2 × сек.

Подставляя это значение в формулу (7.33) закона Стефана - Больцмана, получаем так называемую эффективную температуру

Итак, эффективной температурой тела называется температура такого абсолютно черного тела, каждый квадратный сантиметр которого во всем спектре излучает такой же поток энергии, как и 1 см 2 данного тела.

Аналогичным образом вводятся понятия яркостной и цветовой температуры. Яркостной температурой называется температура такого абсолютно черного тела, каждый квадратный сантиметр которого в некоторой длине волны излучает такой же поток энергии, как и данное тело в той же длине волны. Чтобы определить яркостную температуру, надо применить формулу Планка к наблюдаемой монохроматической яркости излучающей поверхности. Очевидно, что в различных участках спектра реальное тело может иметь различную яркостную температуру. Так, например, из рис. 91 видно, что кривая для Солнца пересекает различные планковские кривые, соответствующие температуры которых показывают изменение яркостной температуры Солнца в различных участках видимого спектра.

Определение яркостной температуры требует очень сложных измерений интенсивности излучения в абсолютных единицах. Гораздо проще определить изменение интенсивности излучения в некоторой области спектра (относительное распределение энергии).

Температура абсолютно черного тела, у которого относительное распределение энергии в некотором участке спектра такое же, как и у данного тела, называется цветовой температурой тела. Возвращаясь снова к распределению энергии в спектре Солнца, мы видим, что в области длин волн 5000-6000 Å наклон кривой для Солнца на рис. 91 такой же, как и у планковской кривой для температуры 7000° в той же области спектра.

Введенные выше понятия эффективной, яркостной и цветовой температуры являются таким образом лишь параметрами, характеризующими свойства наблюдаемого излучения. Чтобы выяснить, с какой точностью, и на какой глубине они дают представление о действительной температуре тела, необходимы дополнительные исследования

Проанализируем результаты. Определяемая полным потоком излучения эффективная температура Солнца оказалась равной 5760°, в то время как положение максимума излучения в спектре Солнца соответствует температуре, определенной по закону Вина, около 6750°. Относительное распределение энергии в различных участках спектра позволяет найти цветовые температуры, значение которых весьма сильно меняется даже в пределах одной только видимой области. Так, например, в интервале длин волн 4700-5400 Å цветовая температура составляет 6500°, а рядом в области длин волн 4300-4700 Å - около 8000°. В еще более широких пределах меняется по спектру яркостная температура, которая на участке спектра 1000-2500 Å возрастает от 4500° до 5000°, в зеленых лучах (5500 Å) близка к 6400°, а в радиодиапазоне метровых волн достигает миллиона градусов! Для наглядности все перечисленные результаты сведены в табл. 4.

Различие между данными, приведенными в табл. 4, имеет принципиальное значение и приводит к следующим важным выводам:

1. Излучение Солнца отличается от излучения абсолютно черного тела. В противном случае все значения температур, приведенные в табл. 4, были бы одинаковыми.

2. Температура солнечного вещества меняется с глубиной. Действительно, непрозрачность сильно нагретых газов неодинакова для различных длин волн. В ультрафиолетовых лучах поглощение больше, чем в видимых. Вместе с тем сильнее всего такие газы поглощают радиоволны. Поэтому радио-, ультрафиолетовое и видимое излучения соответственно относятся ко все более и более глубоким слоям Солнца. Учитывая наблюдаемую зависимость яркостной температуры от длины волны, получаем, что где-то вблизи видимой поверхности Солнца расположен слой, обладающий минимальной температурой (около 4500°), который можно наблюдать в далеких ультрафиолетовых лучах. Выше и ниже этого слоя температура быстро растет.

3. Из предыдущего следует, что большая часть солнечного вещества должна быть весьма сильно ионизована. Уже при температуре 5-6 тысяч градусов ионизуются атомы многих металлов, а при температуре выше 10-15 тысяч градусов ионизуется наиболее обильный на Солнце элемент - водород. Следовательно, солнечное вещество представляет собой плазму, т.е. газ, большинство атомов которого ионизовано. Лишь в тонком слое вблизи видимого края ионизация слабая и преобладает нейтральный водород

Из табл. 5 видно, что в недрах Солнца температура превышает 10 миллионов градусов, а давление - сотни миллиардов атмосфер (1 атм = 103 дин/см2). В этих условиях отдельные атомы движутся с огромными скоростями, достигающими, например, для водорода, сотен километров в секунду. Поскольку при этом плотность вещества очень велика, весьма часто происходят атомные столкновения. Некоторые из таких столкновений приводят к тесным сближениям атомных ядер, необходимым для возникновения ядерных реакций.

В недрах Солнца существенную роль играют две ядерные реакции. В результате одной из них, схематически изображенной на рис. 130, из четырех атомов водорода образуется один атом гелия. На промежуточных стадиях реакции образуются ядра тяжелого водорода (дейтерия) и ядра изотопа Не 3 . Эта реакция называется протон-протонной.

Другая реакция в условиях Солнца играет значительно меньшую роль. В конечном счете она также приводит к образованию ядра гелия из четырех протонов. Процесс сложнее и может протекать только при наличии углерода, ядра которого вступают в реакцию на первых ее этапах и выделяются на последних. Таким образом, углерод является катализатором, почему и вся реакция носит названия углеродного цикла.

Исключительно важным является то обстоятельство, что масса ядра гелия почти на 1% меньше массы четырех протонов. Эта кажущаяся потеря массы называется дефектом массы и является причиной выделения в результате ядерных реакций большого количества энергии.

Описанные ядерные реакции являются источником энергии, излучаемой Солнцем в мировое пространство.

Так как наибольшие температуры и давление создаются в самых глубоких слоях Солнца, ядерные реакции и сопровождающее их энерговыделение наиболее интенсивно происходит в самом центре Солнца. Только здесь наряду с протон-протонной реакцией большую роль играет углеродный цикл. По мере удаления от центра Солнца температура и давление становятся меньше, выделение энергии за счет углеродного цикла быстро прекращается и вплоть до расстояния около 0,2-0,3 радиуса от центра существенной остается только протон-протонная реакция. На расстоянии от центра больше 0,3 радиуса температура становится меньше 5 миллионов градусов, а давление ниже 10 миллиардов атмосфер. В этих условиях ядерные реакции происходить совсем не могут. Эти слои только передают наружу излучение, выделившееся на большей глубине в виде гамма-квантов, которые поглощаются и переизлучаются отдельными атомами. Существенно, что вместо каждого поглощенного кванта большой энергии атомы, как правило, излучают несколько квантов меньших энергий. Происходит это по следующей причине. Поглощая, атом ионизуется или сильно возбуждается и приобретает способность излучать. Однако возвращение электрона на исходный энергетический уровень происходит не сразу, а через промежуточные состояния, при переходах между которыми выделяются кванты меньших энергий. В результате этого происходит как бы “дробление” жестких квантов на менее энергичные. Поэтому вместо гамма-лучей излучаются рентгеновские, вместо рентгеновских - ультрафиолетовые, которые в свою очередь уже в наружных слоях дробятся на кванты видимых и тепловых лучей, окончательно излучаемых Солнцем.

Та часть Солнца, в которой выделение энергии за счет ядерных реакций несущественно и происходит процесс переноса энергии путем поглощения излучения и последующего переизлучения, называется зоной лучистого равновесия. Она занимает область примерно от 0,3 до 0,7 r ¤ от центра Солнца. Выше этого уровня в переносе энергии начинает принимать участие само вещество, и непосредственно под наблюдаемыми внешними слоями Солнца, на протяжении около 0,3 его радиуса, образуется конвективная зона, в которой энергия переносится конвекцией.