Внутрішня будова сонця і зірок головної послідовності і джерела енергії

Зірки - найчастіші тіла у Всесвіті. Багато астрофізики присвячують своє життя їх вивчення. При цьому всі світила настільки віддалені від нашої планети, що про безпосередньому їх дослідженні поки доводиться лише мріяти. Тільки Сонце є для постійного спостереження на порівняно невеликій відстані. Однак і в разі центрального світила нашої планетної системи більшість параметрів виходять з обчислень, заснованих на теоріях і лише побічно підтверджуються спостереженнями. Внутрішню будову Сонця, джерело його енергії, особливості деяких процесів, що відбуваються в надрах, - всі ці характеристики виведені «на кінчику пера». Однак їх досить для пояснення багатьох нюансів поведінки не тільки нашого світила, а й інших, схожих з ним зірок.

параметри

Сонце - зірка спектрального класу G2, жовтий карлик. Його маса оцінюється в 2·-10³⁰ кг, а радіус становить 696 тисяч кілометрів. У хімічному складі світила сильно переважає водень (90%), за ним слід гелій (10%) і більш важкі елементи (менше 0,1%). Джерела енергії і внутрішню будову Сонця тісно пов`язані з співвідношенням і перетворенням цих атомів.

Відео: Астрономія 21. Зірки червоні гіганти - Академія цікавих наук

У кожній точці світила постійно підтримується рівновага двох протилежних сил: тяжіння і тиску газу. Завдяки їх гармонійному співвідношенню Сонце є більш-менш стабільним космічним тілом. Аналогічний механізм лежить в основі підтримання сталості всіх зірок.

термоядерний котел

Модель внутрішньої будови Сонця сформована завдяки даним спостереження, теоретичного аналізу, спектроскопії і іншим методам астрономії. На основі зібраної таким чином інформації визначаються характеристики зірки. Виведені закономірності і створені теорії існують до тих пір, поки вони добре пояснюють видимі зміни, що відбуваються зі світилом і іншими аналогічними зірками головної послідовності.

Відповідно до сучасних уявлень основним джерелом сонячного випромінювання є термоядерні реакції, постійно протікають в його ядрі. При вкрай високих температурах (14 млн кельвінів) відбувається перетворення водню в гелій. При цьому виділяється значна кількість енергії.

шари

Внутрішню будову Сонця - це три зони: ядро, ізотермічна і конвективна область. Серцевина світила займає приблизно четверту частину його радіуса і являє собою дуже сильно стислий речовина. Маса ядра - практично половина від загальної сонячної. Саме тут і протікають реакції синтезу елементів.

Далі слід изотермическая зона. Тут утворилася в ході реакцій в ядрі енергія переноситься шляхом випромінювання. Це найбільш протяжна зона. Енергія повільно просочується крізь неї. У міру її просування зменшується температура і тиск в надрах Сонця. При певних показниках цих параметрів виникають конвекційні процеси - починається наступний шар світила. Тут перенесення енергії здійснюється самим речовиною. Конвективная зона у Сонця набагато менше ізотермічної (сьома частина радіуса).

Близькі за структурою

Внутрішню будову Сонця і зірок головної послідовності схоже. Воно дещо відрізняється в разі блакитних зірок і червоних карликів. Для перших характерні конвективное ядро і досить протяжна зона променистого перенесення (ізотермічна). Червоні карлики по послідовності розташування шарів схожі з зірками типу Сонця. Однак у них домінує зона конвекції, а променистий перенесення займає лише порівняно невелику ділянку.

атмосфера

Звичною для нас поверхні у Сонця немає. Воно, як і всі зірки, являє собою сяючий газова куля. Поверхня виділяється умовно і розмежовує конвективную зону світила і його атмосферу. У ній також виділяють три шари.

Відео: Еволюція Сонця в Білий карлик

Внутрішню будову Сонця і зірок головної послідовності, схожих з ним, закінчується зоною конвекції. Вона безпосередньо межує з фотосферою, 300-метровим шаром, звідки випромінювання спрямовується в космос, в тому числі до Землі. Середня температура цієї частини - 5800 К. У міру віддалення від конвективного шару вона падає до значення в 4800 К. Фотосфера сильно розріджена. Її щільність в тисячу разів менше аналогічного параметра повітря на Землі. Поступово вона перетікає в хромосферу, за якою розташовується корона Сонця.

склад атмосфери

Зміст тих чи інших елементів у зовнішніх оболонках світила визначається за допомогою спектрального аналізу. Його дані показують, що за хімічним складом атмосфери Сонце аналогічно зірок другого покоління (вони утворилися протягом останніх декількох мільярдів років). На відміну від своїх попередників вони характеризуються набагато більшою концентрацією атомів елементів, важче водню і гелію. Сонце і аналогічні йому світила сформувалися після руйнування частини зірок першого покоління, в надрах яких в процесі термоядерного синтезу і утворилися важкі елементи.

хромосфера

Внутрішню будову Сонця і зірок недоступно для безпосереднього спостереження. Те ж можна сказати і про наступну за фотосферой повітряної оболонкою світила. Значна яскравість дозволяє побачити її тільки під час повного сонячного затемнення. Ця оболонка носить назву «хромосфера», що в перекладі означає «забарвлена сфера». У той момент, коли Місяць загороджує собою Сонце, вона набуває рожевого відтінку, появи якого сприяє водень. Саме цей елемент становить значну частину сильно розрідженій хромосфери.

Відео: Структура Сонця

Температура тут вище, ніж на попередньому шарі. Таке явище пояснюється зниженням щільності речовини. У верхніх шарах хромосфери температура досягає 50 тисяч кельвінів.

корона

Лінія спектра водню перестає бути помітною на висоті 12 тисяч кілометрів над фотосферою. Трохи далі помітний слід кальцію. Його лінія спектру зникає ще через 2 000 км. Висоту в 14 000 км над фотосферою прийнято вважати початком корони, третьої зовнішньої оболонки нашого світила.

Чим вище від умовної поверхні Сонця, тим менш щільним стає повітря і значніше температури. Корона, що представляє собою розріджену плазму, розігрівається до 2 млн кельвінів. В результаті цього речовина області стає постійним потужним джерелом рентгенівського і ультрафіолетового випромінювання.

Дослідження показують, що протяжність корони становить 30 сонячних радіусів. Чим далі від хромосфери, тим менш щільною вона стає. Останній її шар перетікає в космічний простір, утворюючи сонячний вітер.

майбутнє

Внутрішню будову Сонця, як його бачать сьогодні вчені, буде таким не вічне. Рано чи пізно, за прогнозами приблизно через 5 млрд років, світило вичерпає запас палива. В результаті внутрішню будову Сонця сильно зміниться: ядро стиснеться до розмірів, в 100 разів менших сучасних габаритів світила, а його інші оболонки перетворяться в повільно остигає атмосферу. Наша зірка увійде в стадію червоного гіганта. Ще через кілька десятків тисяч років розширилася оболонка Сонця розсіється в космічному просторі і світило перетвориться в білого карлика.

сумніви

Розвиток події може піти і за іншим сценарієм, оскільки джерела енергії і внутрішню будову Сонця, а також аналогічних йому зірок, все-таки вивчені не до кінця. Висловлюються припущення, що термоядерний синтез не грає настільки важливу роль, яку йому приписують. Непряме підтвердження цього - сонячне нейтрино, точніше, його відсутність. Ці частки утворяться в процесі термоядерних реакцій і мають найпотужнішою пробивну здатність, тобто повинні безперешкодно добиратися до Землі. Однак зафіксувати їх поки не вдалося.

Цікавими є й дані групи астрономів під керівництвом академіка А.Б. Північного. Згідно з ними Сонце відчуває незначні коливання. Вони можливі тільки за умови однорідності світила. Тобто якби вдалося сфотографувати внутрішню будову Сонця, фото продемонструвало б повну одноманітність шарів. При цьому температура ярда світила повинна становити 6,5 мільйона кельвінів, що мало для протікання термоядерних реакцій. Поки ця гіпотеза лише набирає силу.

Таким чином, внутрішня будова Сонця, коротко викладене тут, вимагає подальшого уважного вивчення. Можливо, остаточне розуміння процесів, що відбуваються в надрах світил, стане доступним для нас тільки після значного удосконалення апаратури і методів пізнання.