Внутреннее строение Солнца
Внутреннее строение Солнца
Внутреннее строение Солнца определено в предположении, что оно является сферически симметричным телом и находится в равновесии. Уравнение переноса энергии, закон сохранения энергии, уравнение состояния безупречного газа, закон Стефана-Больцмана и условия гидростатического, лучистого и конвекционного равновесия совместно с определяемыми из наблюдений значениями полной светимости, полной массы и радиуса Солнца и данным о его хим составе дают возможность выстроить модель внутреннего строения Солнца.
Считают, что содержание водорода в Солнце по массе около 70%, гелия около 27%, содержание всех других частей около 2,5%. На основании этих догадок вычислено, что температура в центре Солнца составляет 10-15o1056 К, плотность около 1,5o1055 кг/м, давление 3,4o10516 н/м (около 3o10511 атмосфер).Считается, что источником энергии, пополняющим утраты на излучение и поддерживающим высшую температуру Солнца, являются ядерные реакции, происходящие в недрах Солнца. Среднее количество энергии, вырабатываемое снутри Солнца, составляет 1,92 эрг/г/сек. Выделение энергии определяется ядерными реакциями, при которых водород преобразуется в гелий. На Солнце вероятны две группы термоядерных реакций: так именуемый протон-протонный (водородный) цикл и углеродный цикл (цикл Бете). Более возможно, что на Солнце преобладает протон-протонный цикл, состоящий из трёх реакций, в первой из которых из ядер водорода образуются ядра дейтерия (тяжёлый изотоп водорода, атомная масса; во 2-ой из ядер водорода образуются ядра изотопа гелия с атомной массой 3 и, в конце концов, в третьей из их образуются ядра устойчивого изотопа гелия с атомной массой 4.
Перенос энергии из внутренних слоёв Солнца в главном происходит оковём поглощения электрического излучения, приходящего снизу, и следующего переизлучения. В итоге снижения температуры при удалении от Солнца равномерно возрастает длина волны излучения, переносящего огромную часть энергии в верхние слои. Перенос энергии движением жаркого вещества из внутренних слоёв, а охлаждённого вовнутрь (конвекция) играет существенную роль в сравнимо более больших слоях, образующих конвективную зону Солнца, которая начинается на глубине порядка 0,2 солнечных радиуса и имеет толщину около 1058 м. Скорость конвективных движений растёт с удалением от центра Солнца и во наружной части конвективной зоны добивается (2-2,5)х1053 м/сек. В ещё более больших слоях (в атмосфере Солнца) перенос энергии снова осуществляется излучением.
В верхних слоях атмосферы Солнца (в хромосфере и короне) часть энергии доставляется механическими и магнитогидродинамическими волнами, которые генерируются в конвективной зоне, но поглощаются исключительно в этих слоях. Плотность в верхней атмосфере очень мала, и нужный отвод энергии за счёт излучения и теплопроводимости вероятен только, если кинетическая энергия этих слоёв довольно велика. В конце концов, в высшей части солнечной короны огромную часть энергии уносят потоки вещества, передвигающиеся от Солнца, так именуемый солнечный ветер. Температура в каждом слое устанавливается на таком уровне, что автоматом осуществляется баланс энергии: количество приносимой энергии за счёт поглощения всех видов излучения, теплопроводимостью либо движением вещества равно сумме всех энергетических утрат слоя.
Полное излучение Солнца определяется по освещённости, создаваемой им на поверхности Земли, — около 100 тыс. лк, когда Солнце находится в зените. Вне атмосферы на среднем расстоянии Земли от Солнца освещённость равна 127 тыщ лк. Сила света Солнца составляет 2,84o10527 свеч. Количество энергии, приходящее в одну минутку на площадку в 1 см, поставленную перпендикулярно солнечным лучам за пределами атмосферы на среднем расстоянии Земли от Солнца, именуют солнечной неизменной. Мощность общего излучения Солнца — 3,83o10526 ватт, из которых на Землю попадает около 2o10517 ватт, средняя яркость поверхности Солнца (при наблюдении вне атмосферы Земли) составляет 1,98o1059 нт, яркость центра диска Солнца — 2,48o1059 нт.
Яркость диска Солнца миниатюризируется от центра к краю, причём это уменьшение находится в зависимости от длины волны, так что яркость на краю диска Солнца для света с длиной волна 3600А составляет 0,2 яркости его центра, а для 5000А — около 0,3 яркости центра диска Солнца. На самом краю диска Солнца яркость падает в 100 раз в протяжении наименее одной секунды дуги, потому граница диска Солнца смотрится очень резкой.
Спектральный состав света, излучаемого Солнцем, другими словами рассредотачивание энергии в центре Солнца, в общих чертах соответствует рассредотачиванию энергии в излучении полностью чёрного тела с температурой около 6000 К. Но в отдельных участках диапазона имеются приметные отличия. Максимум энергии в диапазоне Солнца соответствует длине волны 4600 А. Диапазон Солнца — это непрерывный диапазон, ни который наложено более 20 тыщ линий поглощения. Более 60% из их отождествлено со спектральными линиями узнаваемых хим частей оковём сопоставления длин волн и относительной интенсивности полосы поглощения в солнечном диапазоне с лабораторными спектрами.
Исследование линий поглощения даёт сведения не только лишь о хим составе атмосферы Солнца, да и о физических критериях в тех слоях, в каких образуются те либо другие поглощения. Преобладающим элементом на Солнце является водород. Количество атомов гелия в 4-5 раз меньше, чем водорода. Число атомов всех других частей взятых вместе, по последней мере, в 1000 раз меньше числа атомов водорода. Посреди их более обильны кислород, углерод, азот, магний, железо и другие. В диапазоне Солнца можно отождествить также полосы, принадлежащие неким молекулам и свободным радикалам: OH, NH, CH, CO и другим.
Магнитные поля на Солнце измеряются приемущественно по зеемановскому расщеплению линий поглощения в диапазоне Солнца. Различают несколько типов магнитных полей на Солнце.
Общее магнитное поле Солнца невелико и добивается напряжённости в 1 этой либо другой полярности и изменяется с течением времени. Это поле плотно сплетено с межпланетным магнитным полем и его секторной структурой. Магнитные поля, связанные с солнечной активностью, способны достигать в солнечных пятнах напряжённости в несколько тыщ. Структура магнитных полей в активных областях очень запутана, чередуются магнитные полюсы различной полярности. Встречаются также локальные магнитные области с напряжённостью поля в сотки вне солнечных пятен.
Магнитные поля попадают и в хромосферу, и в солнечную корону.
Огромную роль на Солнце играют магнитогазодинамические и плазменные процессы. При температуре 5000 — 10000 К газ довольно ионизирован, проводимость его велика и благодаря большущим масштабам солнечных явлений значение электромеханических и магнитомеханических взаимодействий очень велико.