Как измеряется температура солнца на поверхности. Температура солнца и протекающая термоядерная реакция

Солнце — центр нашей Солнечной системы, представляет особой газовый шар, в центре которого, в ходе термоядерных реакций превращения водорода в гелий вырабатывается тепло. Высвобождающаяся энергия покидает Солнце через видимую нам поверхность — турбулентную фотосферу. Температура поверхности Солнца отлична в различных областях и слоях. Температура верхних слоев 5800 градусов Цельсия, температура солнечной короны — 1 500 000 градусов Цельсия, температура ядра — 13 500 000 градусов Цельсия. Над поверхностью Солнца существует сложная атмосфера, которая состоит из фотосферы, хромосферы, короны и солнечного ветра.

Хотя древние китайцы зафиксировали темные образования на Солнце еще 2 тыс. лет назад, только Галилей понял, что эти пятна перемещаются по поверхности Солнца по мере его вращения и исчезают. В 1828 г. Генрих Швабе из Дессау (Германия) искал гипотетическую планету Вулкан, которая, как он предполагал, могла существовать между Солнцем и Землей. Однако вместо этого он обнаружил, что число солнечных пятен периодически растет и уменьшается. В среднем цикл солнечной активности, определяемый по числу солнечных пятен, составляет 11 лет. На Земле указателем цикла солнечной активности являются годичные кольца деревьев.

Типичное солнечное пятно состоит из темной тени, окруженной более светлой полутенью, хотя нередко полутень окружает не одну тень. Пятна возникают при усилении магнитного поля, подавляющего поток энергии наружу. В действительности солнечные пятна не такие темные. Тень на 2000 градусов Цельсия холоднее, чем фотосфера, и кажется темной на фоне более ярких соседних областей.

Солнечные пятна могут иметь различную форму и размеры, часто образуя группы. Большая группа может иметь 100 тыс. км в поперечнике, что в 8 раз больше диаметра Земли! Даже гораздо меньшие солнечные пятна легко обнаружить в небольшой телескоп. При наблюдениях солнечной активности необходимо помнить о технике безопасности.

Строение Солнца. Подробная схема

С вращением Солнца группы солнечных пятен перемещаются с одного края диска на другой примерно за 10 суток. Наблюдать солнечные пятна, пожалуй, не менее интересно, чем ночное небо. По иронии, проблема наблюдений в дневное время связана с самим Солнцем. Оно нагревает землю и воздух, вызывая турбулентные потоки и тем самым ухудшая качество изображения по сравнению с ночными условиями.

На видео, в высоком разрешении, в различных режимах съемки, можно понаблюдать, как выглядит Солнце, а также увидеть процессы, происходящие на поверхности:

Температура поверхности Солнца определяется путем анализа солнечного спектра. Известно, что является источником энергии всех природных процессов на Земле поэтому ученые определили количественную величину нагретости различных частей нашей звезды.

Интенсивность излучения в отдельных цветовых частях спектра соответствует температуре 6000 градусов. Такова температура поверхности Солнца или фотосферы.

Во внешних слоях солнечной атмосферы — в хромосфере и в короне - наблюдается более высокая температура. В короне она составляет примерно от одного до двух миллионов градусов. Над местами сильных вспышек температура на короткое время может достигать даже пятидесяти миллионов. Из-за высокой нагретости в короне над вспышкой сильно возрастает интенсивность рентгеновского и радиоизлучений.

Расчеты нагретости нашей звезды

Несмотря на то, что из недр Солнца не проникает ни один фотон, мы можем рассчитать температуру в любой точке в недрах звезды. более-менее известны ученым по расчетам. Расчеты показывают, что чем глубже проникать в недра, тем выше нагревается плазма.

Температура повышается с 6000 в фотосфере до 13 миллионов градусов в центре.

Нам известно, что чем выше нагревается вещество, тем быстрее движутся его частицы. Так, например, в фотосфере протоны и атомы водорода движутся со скоростью около 7 км/сек, а легкие электроны — со скоростью 300 км/сек. В короне и в раскаленном солнечном центре скорость протонов составляет около 350 км/сек, а электронов — 15 000 км/сек.

Самая низкая температура на Солнце наблюдается в области солнечных пятен. Большие пятна нагреты ниже 4000 С. Излучение 1 м 2 окружающей пятно белой фотосферы с 6000 градусов примерно в 5 раз интенсивнее излучения 1 м 2 самого пятна. По этой причине пятна нам кажутся темными или даже черными.

Любое тело, упавшее на Солнце, в самый короткий срок разложится на отдельные атомы, из которых отделяются электроны. На звезде материя может существовать исключительно в виде плазмы.

Превращение водорода в гелий как термоядерная реакция

Солнце нагревается и излучает тепло в связи с протекающей внутри термоядерной реакцией.

Термоядерная реакция происходит когда из более лёгких элементов образуются тяжелые. Это происходит только при высоком давлении и нагретости . Поэтому реакция и называется термоядерной.

Важнейшим процессом, протекающим на Солнце, является превращение водорода в гелий. Именно этот процесс является источником всей энергии Солнца.
Солнечное ядро отличается большой плотностью и очень высокой температурой. Часто имеют место резкие столкновения электронов, протонов и других ядер. Иногда столкновения протонов настолько стремительны, что они, преодолев силу электрического отталкивания, приближаются друг к другу на расстояние своего диаметра. На таком расстоянии начинает действовать ядерная сила, вследствие которой протоны соединяются с выделением энергии.

Четыре протона постепенно соединяются в ядро гелия, причем два протона превращаются в нейтроны, два положительных заряда освобождаются в виде позитронов и появляются две незаметные нейтральные частицы — нейтрино. При встрече с электронами оба позитрона превращаются в фотоны гамма-излучения (аннигиляция).

Энергия покоя атома гелия меньше энергии покоя четырех атомов водорода.

Разница в массах превращается в гамма-фотоны и нейтрино. Общая энергия всех возникших гамма-фотонов и двух нейтрино составляет 28 МэВ. Ученые смогли получить термоядерную энергию синтезом на Земле создав экспериментальный реактор.
В центре звезды происходит огромное количество подобных превращений. При этом примерно полмиллиарда тонн (точнее 567 миллионов тонн) водорода превращается в гелий. В то же время гелия, возникшего при этом, насчитывается всего лишь 562,8 миллионов тонн, то есть на 4,2 миллиона тонн меньше. Именно этот убыток массы за 1 секунду превращается в солнечное .
Именно такое количество энергии Солнце излучает за одну секунду. Величина эта представляет собой мощность солнечного излучения.

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.

Солнцем называется звезда, вырабатывающая тепло в результате происходящих в ней термоядерных реакций по преобразованию молекул водорода в инертный газ — гелий. Измеряется температура в градусах и различается в разных его слоях . Благодаря тому, что Земля находится на огромном расстоянии от светила, мы защищены от его испепеляющего воздействия. Чтобы чувствовать себя в безопасности, человечеству необходимо разгадать все его секреты.

Вконтакте

Строение светила

Как выглядит Солнце и из чего состоит. В своей основе это многослойная плазменно-газовая сфера, внутренний объем которой можно разделить на несколько зон с различным составом, свойствами, поведением и характеристиками вещества.

Строение Солнца можно представить следующим образом:

• ядро — гигантская термоядерная «печь», которая генерирует тепло и энергию в виде фотонов. Именно они несут свет на Землю. Радиус ядра не превышает четверти общего радиуса небесного светила; температура в центре солнца достигает 14 миллионов Кельвинов;
• радиационная (излучающая) зона, имеет толщину около трехсот тысяч километров и характеризуется высокой плотностью. Здесь энергия медленно перемещается к поверхности . По сути это и есть область термоядерного синтеза;
• конвективная зона, где энергия перемещается значительно быстрее на поверхность или в фотосферу;
• над поверхностью начинается зона вихревых газов солнечной атмосферы.

Сферы и их особенности

Фотосфера — самый тонкий и глубинный слой, расположенный выше поверхности Солнца, его можно наблюдать в непрерывном спектре видимого света. Высота фотосферы приблизительно 300 км. Чем глубже слой фотосферы, тем он становится горячее.

Хромосфера — внешняя оболочка , окружающая фотосферу. Ее толщина составляет примерно 10 000 км, и она отличается неоднородной структурой. Корона — внешняя и потому необычайно разреженная часть атмосферы, которую можно увидеть в период полного затмения. Имеет температуру более миллиона градусов.

Атмосфера подвержена постоянным резонансным колебаниям примерно каждые 5 минут . Распространяясь в верхних слоях атмосферы, волны передают им часть энергии, газы других слоев (хромосферы и короны) нагреваются. Поэтому верхняя часть фотосферы на Солнце оказывается самой «холодной».

Внимание! Плотность, температура и давление внутри гигантского термоядерного реактора уменьшаются по мере удаления от ядра.

Температура солнца в градусах различна в каждой из его сфер, так температура Солнца на поверхности составляет 5 800 градусов Цельсия, солнечной короны – 1 500 000 , температура ядра солнца – 13 500 000.

Сила излучения

Мощность излучения очень большая: примерно 385 миллиардов мегаватт. Почти мгновенно 700 млн тонн водорода превращаются в 695 млн тонн гелия и 5 млн тонн гамма-лучей. Из-за высокой температуры звезды синтез, трансформирующий водород в гелий протекает с формированием солнечной энергии и излучением потока фотонов. Такой поток принято называть солнечным ветром , который распространяется со скоростью более 450 км/с.

Благодаря излучению поддерживается жизненные процессы на Земле, определяется ее климат. Формально свечение имеет практически белый цвет, однако, приближаясь к земной поверхности, становится желтого оттенка - это результат рассеивания света и поглощения коротковолновой части спектра .

Солнечный ветер имеет и другое определение — корональные выбросы массы (КВМ), представляющие собой колоссальный фронт радиоактивных ионизированных заряженных частиц , направляемых в космическую бездну и испепеляющих все на своем пути.

Когда фотоны добираются до поверхностных слоев, они заставляют вращаться внешние слои звезды, в результате чего образуются мощные магнитные противостояния и ударные волны.

Разогнавшись до невероятных скоростей газы также генерируют сильные магнитные поля, которые при вращении звезды сталкиваются и вырываются с поверхности.

В космическое пространство извергаются магнитные петли огромного размера . Некоторые из этих образований настолько большие, что Земля смогла бы пройти через них с огромным запасом.

От них отрывается и уносится на огромной скорости сгусток высокорадиоактивной ионизированной плазмы. Это и есть КВМ. Он может повредить космические аппараты и даже угрожать жизни астронавтов. Такой убийственный фронт иногда достигает Земли за 16 часов. Для сравнения: на быстром космическом корабле полет занял бы годы, а солнечному ветру на этот путь нужны всего лишь считанные часы.

Важно! Солнечный ветер представляет смертельную угрозу для существования всего живого на нашей планете. Если бы не было у Земли магнитного поля, создающего непроходимый барьер для частиц, жизнь прервалась бы за пару секунд.

Возникновение

Существуют разные теории возникновения солнца. Вот одна из них. В безграничном пространстве миллионы лет собирались пыль и газ, под действием гравитации и давления произошел рост тепла, что привело к ядерному синтезу и взрыву. Сначала из огромного скопления материала сформировалась звезда , затем близкие к ней планеты.

Многие задаются вопросом, сколько же нашему Солнцу лет и как оно образовалось. Точный возраст светила, конечно, выяснить невозможно. Считается, что единственная звезда в системе появилась 4,57 млрд лет назад.

Существует гипотеза, что срок существования звезды на главной последовательности не превышает 10 млрд лет . Это значит, что сейчас она находится практически посередине своего жизненного периода и по истечении срока своего существования ее свечение станет намного ярче, а температура будет стремительно падать, и светило достигнет этапа красного гиганта. Затем его внешняя оболочка начнет расширяться, а после терять массу. Это может привести к тому, что поверхностные слои могут достигнуть орбиты Земли.

Диаметр диска

Поскольку звезда — это газовый шар, который вращается, то его форма чуть сплюснута по полюсам. Согласно научным исследованиям, на поверхности солнца вообще не имеется твёрдых участков, поэтому термин «диаметр» характеризует размер одного из слоев атмосферы.

Основываясь на астрономических наблюдениях при помощи оптического эффекта «Четок Бейли», этот параметр определяют как диаметр фотосферы - зоны лучистой передачи энергии .

Полученный таким методом средний радиус Солнца составляет 695 990 км. Следовательно, диаметр солнца в километрах составляет 1 млн 392 тыс.

Существует и другой способ вычисления размеров солнечного светила — использование методов гелиосейсмологии с изучением поверхностных гравитационных f-волн, образованных на солнце.

Данные, полученные «сейсмическим» методом показывают иное значение радиуса - 695 700 км , а диаметр солнца в километрах — 1 391 400. Данная величина меньше радиуса фотосферы примерно на 300 км.

Важно! Несмотря на незначительные отличия между двумя значениями (около 0,04%), изменение установленной ранее величины может привести к переоценке других параметров, за исключением плотности и температуры.

Скорость вращения

Нетвердое тело вращается совсем не так, как планеты. У разных слоев звезды свои скорости вращения. Самая большая – в районе экватора, один оборот занимает около 25 дней. Чем дальше расположен слой от экватора, тем скорость его вращения меньше. Так, полюса совершают один оборот примерно за 36 дней . Именно поэтому светило обладает миллионами магнитных полюсов, а не двумя, как наша планета.

Внимание ! Восход и заход в тропических странах вблизи происходит словно по графику - в одно время, каждый день, в течение года. Поэтому сутки в тропиках делятся поровну: продолжительность дня и ночи равна 12 часам.

Внешняя оболочка и ее строение

Поверхностью у принято называть внешние слои, которые сотрясаются чудовищной силы взрывами, выбросами и извержениями Температура солнца в градусах здесь составляет 6000 С⁰.

На поверхности Солнца существует множество необычных образований разного размера, наиболее известные из которых пятна — участки темного цвета , обозначающие места выхода сильных магнитных полей в атмосферу солнца. Вся поверхность солнца покрыта, так называемыми конвективными клетками.

Внимание! На поверхности Солнца случаются частые вспышки, сопровождаемые выбросами высокотемпературной плазмы и газа.

Такая солнечная активность может иметь негативные последствия для нашей планеты. Тем более, что такой процесс носит внезапный и непредсказуемый характер и может длиться от нескольких часов до нескольких суток. То, что многие люди привыкли называть магнитными бурями , негативно влияющие на состояние человека.

Ученым важно знать не только температуру Солнца в градусах по Цельсию и его диаметр в километрах, но и другие характеристики, чтобы отслеживать активность небесной звезды.

Температура на поверхности Солнца в градусах по Цельсию составляет в среднем 5726 градусов, короны – 1500 тысяч и ядра 13,5 млн градусов.

Сегодня можно наблюдать за космической погодой в режиме онлайн , узнавать какова температура Солнца в градусах. Состояние светила оказывает значительное влияние на космическую погоду в нашей системе. Ее определяют по нескольким параметрам:

• потокам ионизированной плазмы,
• жесткого излучения и вспышек,
• силе солнечного ветра.

Температура разных слоев солнца

Строение солнца и другие интересные факты

Вывод

Развитие астрономии дало возможность определять далекую перспективу небесных тел и облегчило сбор информации для метеослужб . Сегодня появилась возможность проводить исследование новых планет, растет уровень безопасности Земли, разрабатываются способы защиты от возможных столкновений с астероидами и другими небесными телами.

Солнце является сферой в основе , 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.