Atmosfera sunca i solarna aktivnost. Struktura i atmosfera Sunca. sunčani vjetar

Ned, uprkos činjenici da je naveden "žuti patuljak" toliko sjajan da nam je to teško i zamisliti. Kada kažemo da je masa Jupitera 318 puta veća od mase Zemlje, čini se nevjerovatnim. Ali kada saznamo da 99,8% mase sve materije dolazi od Sunca, to jednostavno prevazilazi razumevanje.

Proteklih godina naučili smo mnogo o tome kako “naša” zvijezda funkcionira. Iako čovječanstvo nije izumilo (i malo je vjerovatno da će ikada izmisliti) istraživačku sondu sposobnu da se fizički približi Suncu i uzme uzorke njegove materije, već smo prilično svjesni njenog sastava.

Poznavanje fizike i sposobnosti nam daju priliku da tačno kažemo od čega je Sunce napravljeno: 70% njegove mase je vodonik, 27% je helijum, ostali elementi (ugljenik, kiseonik, azot, gvožđe, magnezijum i drugi) - 2,5%.

Međutim, naše znanje, na sreću, nije ograničeno samo na ove suve statistike.

Šta je unutar Sunca

Prema savremenim proračunima, temperatura u dubinama Sunca dostiže 15 - 20 miliona stepeni Celzijusa, gustina supstance zvezde dostiže 1,5 grama po kubnom centimetru.

Izvor Sunčeve energije je nuklearna reakcija koja se stalno odvija duboko ispod površine, zahvaljujući kojoj se održava visoka temperatura zvijezde. Duboko ispod površine Sunca, vodik se pretvara u helijum u nuklearnoj reakciji uz popratno oslobađanje energije.
Sunčeva "zona nuklearne fuzije" se zove solarno jezgro i ima radijus od približno 150-175 hiljada km (do 25% radijusa Sunca). Gustoća materije u Sunčevom jezgru je 150 puta veća od gustine vode i skoro 7 puta od gustine najgušće supstance na Zemlji: osmijuma.

Naučnici poznaju dvije vrste termonuklearnih reakcija koje se dešavaju unutar zvijezda: ciklus vodonika I ciklus ugljenika. Na Suncu uglavnom teče ciklus vodonika, koji se može podijeliti u tri faze:

• jezgra vodonika pretvaraju se u jezgra deuterijuma (izotop vodika)
• jezgra vodonika se pretvaraju u jezgra nestabilnog izotopa helijuma
• proizvodi prve i druge reakcije povezani su sa stvaranjem stabilnog izotopa helija (helijum-4).

Svake sekunde 4,26 miliona tona zvezdane materije se pretvori u zračenje, ali u poređenju sa težinom Sunca, čak je i ova neverovatna vrednost toliko mala da se može zanemariti.

Toplota se oslobađa iz unutrašnjosti Sunca apsorpcijom elektromagnetno zračenje, koji dolazi odozdo i njegova dalja reemisija.

Bliže površini sunca, energija koja se emituje iz unutrašnjosti prenosi se uglavnom na zona konvekcije Sunce koristeći proces konvekcija- miješanje tvari (topli tokovi tvari se dižu bliže površini, dok hladni padaju).
Zona konvekcije leži na dubini od oko 10% sunčevog prečnika i doseže skoro do površine zvezde.

Atmosfera Sunca

Iznad zone konvekcije počinje solarna atmosfera, u kojoj se prijenos energije ponovo događa putem zračenja.

Fotosfera pozvao donji sloj solarna atmosfera— vidljiva površina Sunca. Njegova debljina odgovara optičkoj debljini od približno 2/3 jedinice, a u apsolutnom smislu fotosfera dostiže debljinu od 100-400 km. Upravo je fotosfera izvor vidljivog zračenja Sunca; temperatura se kreće od 6600 K (na početku) do 4400 K (na gornjoj ivici fotosfere).

U stvari, Sunce izgleda kao savršen krug sa jasnim granicama samo zato što na granici fotosfere njegov sjaj opada 100 puta za manje od jedne lučne sekunde. Zbog toga su ivice Solarnog diska primjetno manje svijetle od središta, njihova svjetlina je samo 20% svjetline centra diska.

Chromosphere- sekunda atmosferski sloj Sunce, vanjski omotač zvijezde, debljine oko 2000 km, okružuje fotosferu. Temperatura hromosfere raste sa visinom od 4000 do 20 000 K. Posmatrajući Sunce sa Zemlje, ne vidimo hromosferu zbog njene male gustine. Može se posmatrati samo tokom pomračenja Sunca - intenzivan crveni sjaj oko ivica solarnog diska, ovo je hromosfera zvezde.

Solarna korona- posljednja vanjska ljuska solarne atmosfere. Korona se sastoji od prominencija i energetskih erupcija koje izbijaju i eruptiraju nekoliko stotina hiljada pa čak i više od milion kilometara u svemir, formirajući sunčani vjetar. Prosečna koronalna temperatura je do 2 miliona K, ali može dostići i do 20 miliona K. Međutim, kao iu slučaju hromosfere, solarna korona je vidljiva sa Zemlje samo tokom pomračenja. Gustina materije u solarnoj koroni je preniska da bi omogućila njeno posmatranje u normalnim uslovima.

sunčani vjetar

sunčani vjetar- struja nabijenih čestica (protona i elektrona) koju emituju zagrijani vanjski slojevi atmosfere zvijezde, koja se proteže do granica našeg planetarnog sistema. Svetiljka gubi milione tona svoje mase svake sekunde zbog ovog fenomena.

U blizini orbite planete Zemlje brzina čestica solarnog vjetra dostiže 400 kilometara u sekundi (kreću se kroz naš zvjezdani sistem nadzvučnom brzinom), a gustina sunčevog vjetra je od nekoliko do nekoliko desetina joniziranih čestica po kubnom centimetru.

Sunčev vetar je taj koji nemilosrdno "razmrsi" atmosferu planeta, "uduvavajući" gasove sadržane u njoj u otvoreni prostor, on je u velikoj mjeri odgovoran za. Ono što Zemlji omogućava da se odupre solarnom vjetru je magnetno polje planete, koje služi kao nevidljiva zaštita od sunčevog vjetra i sprječava izlijevanje atmosferskih atoma u svemir. Kada se solarni vetar sudari sa magnetnim poljem planete, javlja se optički fenomen koji na Zemlji nazivamo - Polar Lights praćena magnetnim olujama.

Međutim, prednosti solarnog vjetra su također neosporne - to je ono što "odpuhuje" kosmičko zračenje galaktičkog porijekla iz Sunčevog sistema - i stoga štiti naš zvjezdani sistem od vanjskog, galaktičkog zračenja.

Gledajući ljepotu aurore, teško je povjerovati da su ovi bljeskovi vidljivi znak Sunčevog vjetra i Zemljine magnetosfere

Zvijezde su u potpunosti napravljene od plina. Ali njihovi vanjski slojevi se nazivaju i atmosfera.

Atmosfera Sunca počinje na 200-300 km. dublje od vidljive ivice solarnog diska. Ovi najdublji slojevi atmosfere nazivaju se fotosfera. Budući da njihova debljina nije veća od jedne trihiljaditi dio sunčevog radijusa, fotosfera se ponekad konvencionalno naziva površinom Sunca. Gustina gasa u fotosferi je približno ista kao u Zemljinoj stratosferi, i stotine puta manja nego na površini Zemlje. Temperatura fotosfere opada na 8000 K na dubini od 300 km. do 4000 K u gornjim slojevima. U teleskopu s velikim uvećanjem možete promatrati suptilne detalje fotosfere: sve se čini posuto malim svijetlim zrncima - granulama, razdvojenim mrežom uskih tamnih staza. Granulacija je rezultat miješanja tokova toplijih plinova koji se dižu i hladnijih se spuštaju. Temperaturna razlika između njih u vanjskim slojevima je relativno mala, ali je dublje, u konvektivnoj zoni, veća, a miješanje se događa mnogo intenzivnije. Konvekcija u vanjskim slojevima Sunca igra veliku ulogu, određujući opšta struktura atmosfera. U konačnici, upravo je konvekcija, kao rezultat složene interakcije sa solarnim magnetskim poljima, uzrok svih raznovrsnih manifestacija sunčeve aktivnosti. Fotosfera postepeno prelazi u razrijeđenije vanjske slojeve sunčeve atmosfere - hromosferu i koronu.

Hromosfera (na grčkom znači "sfera svjetlosti") je dobila ime po svojoj crvenkasto-ljubičastoj boji. Vidljivo je tokom potpunih pomračenja Sunca kao isprekidani svijetli prsten oko crnog diska Mjeseca, koji je upravo pomračio Sunce. Hromosfera je vrlo heterogena i sastoji se uglavnom od izduženih izduženih jezika (spikula), dajući joj izgled goruće trave. Temperatura ovih hromosferskih mlazova je 2-3 puta viša nego u fotosferi, a gustina je stotinama hiljada puta manja. Ukupna dužina hromosfera - 10-15 hiljada km. Povećanje temperature u hromosferi objašnjava se širenjem talasa i magnetnih polja koja prodiru u nju iz konvektivne zone. Supstanca se zagrijava na približno isti način kao da se to događa u divu mikrovalna pecnica. Povećava se brzina toplinskog kretanja čestica, sudari među njima postaju sve češći, a atomi gube svoje vanjske elektrone: tvar postaje vruća ionizirana plazma. Ove iste fizički procesi podrška i izvanredno visoke temperature najudaljeniji slojevi sunčeve atmosfere, koji se nalaze iznad hromosfere. Često se tokom pomračenja iznad površine Sunca mogu uočiti bizarno oblikovane "fontane", "oblaci", "lijevci", "žbunje", "lukovi" i druge blistave formacije hromosferske materije. Ovo su najambicioznije formacije solarne atmosfere - prominence. Imaju približno istu gustinu i temperaturu kao i hromosfera. Ali oni su iznad njega i okruženi višim, visoko razrijeđenim gornjim slojevima sunčeve atmosfere. Prominencije ne padaju u hromosferu jer je njihova materija podržana magnetnim poljima aktivnih područja Sunca. Neke istaknutosti, pošto su bile dugo vremena bez primjetnih promjena, oni odjednom kao da eksplodiraju, a njihova materija se baca u međuplanetarni prostor brzinom od stotina kilometara u sekundi.

Za razliku od hromosfere i fotosfere, najudaljeniji dio Sunčeve atmosfere - korona - ima ogroman opseg: proteže se na milione kilometara, što odgovara nekoliko sunčevih radijusa. Gustoća materije u solarnoj koroni opada s visinom mnogo sporije od gustine zraka u zemljina atmosfera. Korona se najbolje posmatra tokom pune faze pomračenje sunca. Glavna karakteristika Korona je radiantna struktura. Koronalne zrake imaju širok izbor oblika: ponekad su kratke, ponekad dugačke, neke su ravne, a ponekad su jako zakrivljene. Opšti oblik Solarna korona se periodično menja. To je zbog jedanaestogodišnjeg ciklusa solarne aktivnosti. I ukupna svjetlina i oblik solarne korone se mijenjaju. Tokom ere maksimalnih sunčevih pjega, ima relativno okrugli oblik. Kada ima malo tačaka, oblik korone postaje izdužen, dok se ukupni sjaj korone smanjuje. Dakle, korona Sunca je najudaljeniji dio njegove atmosfere, najtanji i najtopliji. Dodajmo da nam je i najbliži: ispada da se proteže daleko od Sunca u obliku struje plazme koja se neprestano kreće od njega - solarnog vjetra. U stvari, živimo okruženi solarnom koronom, iako zaštićeni od njenog prodornog zračenja pouzdanom barijerom u obliku Zemljinog magnetnog polja.

Prominencije

Površina Sunca koju vidimo je poznata kao fotosfera. Ovo je oblast u kojoj svetlost iz jezgra konačno stiže do površine. Fotosfera ima temperaturu od oko 6000 K i svijetli bijelo.

Neposredno iznad fotosfere, atmosfera se prostire na nekoliko stotina hiljada kilometara. Pogledajmo pobliže strukturu Sunčeve atmosfere.

Prvi sloj u atmosferi ima minimalna temperatura, i nalazi se oko 500 km iznad površine fotosfere, sa temperaturom od oko 4000 K. Za zvijezdu je to prilično hladno.

Chromosphere

Sljedeći sloj je poznat kao hromosfera. Nalazi se na udaljenosti od svega oko 10.000 km od površine. U gornjem dijelu hromosfere temperature mogu doseći 20.000 K. Hromosfera je nevidljiva bez posebne opreme koja koristi uskopojasne optičke filtere. Ogromna solarna ispupčenja mogu se podići u hromosferi do visine od 150.000 km.

Iznad hromosfere nalazi se prelazni sloj. Ispod ovog sloja, gravitacija je dominantna sila. Iznad prelaznog područja, temperatura brzo raste jer helijum postaje potpuno joniziran.

Solarna korona

Sljedeći sloj je korona, a proteže se od Sunca milionima kilometara u svemir. Koronu možete vidjeti tokom potpunog pomračenja, kada je disk svjetiljke prekriven Mjesecom. Temperatura korone je oko 200 puta toplija od površine.

Nama najbliža zvezda je, naravno, Sunce. Udaljenost od Zemlje do nje, prema kosmičkim parametrima, vrlo je mala: sunčeva svjetlost putuje od Sunca do Zemlje za samo 8 minuta.

Sunce nije običan žuti patuljak, kako se ranije mislilo. Ovo je centralno tijelo Sunčevog sistema, oko kojeg se planete okreću, sa velikim brojem teških elemenata. Ovo je zvijezda nastala nakon nekoliko eksplozija supernove, oko kojih je formiran planetarni sistem. Zbog lokacije u blizini idealnim uslovima, život je nastao na trećoj planeti Zemlji. Sunce je već staro pet milijardi godina. Ali hajde da shvatimo zašto sija? Kakva je struktura Sunca i koje su njegove karakteristike? Šta mu budućnost donosi? Koliko značajnog uticaja ima na Zemlju i njene stanovnike? Sunce je zvijezda oko koje se vrti svih 9 planeta Sunčevog sistema, uključujući i našu. 1 a.u. ( astronomska jedinica) = 150 miliona km – isto je i prosječna udaljenost od Zemlje do Sunca. Sunčev sistem sadrži devet glavne planete, stotinjak satelita, mnogo kometa, desetine hiljada asteroida (malih planeta), meteoroidi i međuplanetarni gas i prašina. U središtu svega je naše Sunce.

Sunce sija već milionima godina, što potvrđuju savremena biološka istraživanja dobijena iz ostataka plavo-zeleno-plavih algi. Ako bi se temperatura površine Sunca promijenila za čak 10%, sav život na Zemlji bi umro. Stoga je dobro da naša zvijezda ravnomjerno zrači energiju neophodnu za prosperitet čovječanstva i drugih stvorenja na Zemlji. U religijama i mitovima naroda svijeta Sunce je oduvijek zauzimalo glavno mjesto. Za gotovo sve narode antike Sunce je bilo najvažnije božanstvo: Helios - kod starih Grka, Ra - bog sunca starih Egipćana i Yarilo kod Slovena. Sunce je donosilo toplinu, žetvu, svi su ga poštovali, jer bez njega ne bi bilo života na Zemlji. Veličina Sunca je impresivna. Na primjer, masa Sunca je 330.000 puta veća od mase Zemlje, a njegov polumjer je 109 puta veći. Ali gustina naše zvijezde je mala - 1,4 puta veća od gustine vode. Kretanje mrlja na površini uočio je i sam Galileo Galilei, čime je dokazao da Sunce ne miruje, već rotira.

Konvektivna zona Sunca

Radioaktivna zona je oko 2/3 unutrašnjeg prečnika Sunca, a radijus je oko 140 hiljada km. Udaljavajući se od centra, fotoni gube energiju pod utjecajem sudara. Ovaj fenomen se naziva fenomen konvekcije. Ovo podsjeća na proces koji se odvija u kotlu za kuhanje: energija koja dolazi iz grijaćeg elementa je velika Nadalje količina toplote koja se odvodi vođenjem. Vruća voda, koji se nalazi blizu vatre, diže se, a hladniji se spušta. Ovaj proces se zove konvencija. Značenje konvekcije je da se gušći gas raspoređuje po površini, hladi i ponovo odlazi u centar. Proces miješanja u konvektivnoj zoni Sunca odvija se kontinuirano. Gledajući kroz teleskop površinu Sunca, možete vidjeti njegovu zrnastu strukturu - granulacije. Čini se kao da je napravljen od granula! To je zbog konvekcije koja se događa ispod fotosfere.

Fotosfera Sunca

Tanak sloj (400 km) - fotosfera Sunca, nalazi se neposredno iza konvektivne zone i predstavlja "pravu sunčevu površinu" vidljivu sa Zemlje. Granule u fotosferi prvi je fotografisao Francuz Janssen 1885. Prosječna granula je veličine 1000 km, kreće se brzinom od 1 km/sec i postoji otprilike 15 minuta. Tamne formacije u fotosferi se mogu posmatrati u ekvatorijalnom delu, a zatim se pomeraju. Jaka magnetna polja su karakteristična karakteristika takvih mrlja. A tamna boja se dobija zbog niže temperature u odnosu na okolnu fotosferu.

Hromosfera Sunca

Solarna hromosfera (obojena sfera) je gust sloj (10.000 km) solarne atmosfere koji leži direktno iza fotosfere. Kromosferu je prilično problematično promatrati zbog njene blizine fotosferi. Najbolje se vidi kada Mjesec pokrije fotosferu, tj. tokom pomračenja Sunca.

Solarni prominenci su ogromne emisije vodonika, nalik dugim svjetlećim nitima. Prominence se dižu na ogromne udaljenosti, dostižući prečnik Sunca (1,4 mm km), kreću se brzinom od oko 300 km/sec, a temperatura dostiže 10.000 stepeni.

Solarna korona je vanjski i produženi sloj Sunčeve atmosfere, koji potiče iznad hromosfere. Dužina solarne korone je veoma duga i dostiže vrednosti od nekoliko solarnih prečnika. Naučnici još nisu dobili jasan odgovor na pitanje gdje se tačno završava.

Sastav solarne korone je razrijeđena, visoko jonizirana plazma. Sadrži teške ione, elektrone sa helijumskim jezgrom i protone. Temperatura korone dostiže od 1 do 2 miliona stepeni K, u odnosu na površinu Sunca.

Sunčev vjetar je kontinuirano otjecanje tvari (plazme) iz vanjskog omotača sunčeve atmosfere. Sastoji se od protona, atomskih jezgara i elektrona. Brzina sunčevog vjetra može varirati od 300 km/sec do 1500 km/sec, u skladu sa procesima koji se odvijaju na Suncu. Sunčev vetar se širi svuda Solarni sistem i, u interakciji sa magnetnim poljem Zemlje, uzrokuje razne pojave, od kojih je jedno sjeverno svjetlo.

Karakteristike Sunca

Masa Sunca: 2∙1030 kg (332.946 Zemljinih masa)
Prečnik: 1.392.000 km
Radijus: 696.000 km
Prosječna gustina: 1.400 kg/m3
Nagib ose: 7,25° (u odnosu na ravan ekliptike)
Temperatura površine: 5.780 K
Temperatura u centru Sunca: 15 miliona stepeni
Spektralna klasa: G2 V
Prosječna udaljenost od Zemlje: 150 miliona km
Starost: 5 milijardi godina
Period rotacije: 25.380 dana
Osvetljenost: 3,86∙1026 W
Prividna magnituda: 26,75m