Кілька слів про
Сонце
Там вихори полум'яний крутяться ...
Михайло Ломоносов
Балерини у кольоровому оздобленні
розвіває вуалей газ,
Це танець протуберанців -
C'est
la dance des protuberances!
Семен Кірсанов
Сонце - це зірка, і його докладний опис є
завданням зоряної, а не планетної астрономії. Тут же це небесне тіло
розглядається у зв'язку із Землею і іншими планетами Сонячної системи.
Матеріал викладався у ряді недавніх статей [Лейбахер та ін, 1985; Тверській,
1986; Кейлер, 1992; Соукер, 1992; Миронов, 1998 и др.].
У Галактиці Сонце розташоване в 68 світлових роках від
її площині і в 25000 світлових років від її центру, тобто майже в площині
Галактики і на півдорозі до її середини [Де наше місце в Галактиці? 1996]. Це
дуже важливий показник, тому що саме тут проходить так званий радіус
коротаціі - відстань від центру, де кутові швидкості зірок і хвильових
спіральних гілок Галактики рівні. Ще можна сказати, що вся ця область знаходиться
між двома спіральними гілками, тобто в спокійній області далеко від місць
сучасного зореутворення. Крім того, зірки тут утворюють антициклон --
вихрових структур зі спокійним центром, де і розташовується в останні
десятки мільйонів років Наша Сонячна система [Фрідман, Хоружий, 1998]. Сонце
рухається навколо центру Галактики зі швидкістю близько 200 км/с (цифра вказана
по пам'яті, джерело відомостей забутий автором). Для околиць Сонця
вказується також швидкість обертання газового диска навколо центру галактики в
200-300 км/с [Фрідман, Хоружий, 1998]. В даний час Сонце разом з
Сонячною системою направляється до сузір'я Геркулеса, що відкрито ще Вільямом
Гершелем [Хоскін, 1986].
Від Сонця до найближчої зірки (Проксіма Центавра) --
4,2 світлових роки, або 9 460 000 000 000 км [Купер, Хенбест, 1998].
Маса Сонця в 330 000 разів більша за масу Землі, а
щільність - менше, ніж у Землі (1,41 г/см3).
Екваторіальний діаметр - 1 392 000 км.
За зіркової класифікації, Сонце - це типовий
жовтий карлик (спектральний клас G, підклас G2), яких у Всесвіті дуже
багато [Миронов, 1998].
Сонце складається з:
ядра, в якому при температурі 14 мільйонів градусів
в ході термоядерної реакції водень перетворюється на гелій (30% радіуса Сонця?);
зони променевого переносу (зони перевипромінювання, або зони
променистого рівноваги), де енергія термоядерних реакцій, переносяться від атома до
атому, рухається до периферії Сонця (40% радіуса Сонця?);
конвективної зони, де великі маси речовини у вигляді
гарячих струменів піднімаються до поверхні Сонця й у вигляді охолонути струменів
опускаються до зони променевого переносу (30% радіуса Сонця, 1% маси Сонця);
конвективні комірки називаються сверхгрануламі (на відміну від фотосферних
гранул).
Сонце оточене атмосферою, в якій розрізняються:
фотосфера: видима поверхня Сонця завтовшки в
кілька сотень кілометрів, нагріта в середньому до 5780 градусів Цельсія; тут
видно гранули, факели, плями;
хромосфера: яскраво світиться обідок навколо Сонця,
який видно під час повного сонячного затемнення; тут спостерігаються різні
хромосферні явища - протуберанці, спікули, макроспікули; спікули - це
вертикальні струменя іонізованого газу, що піднімаються під дією магнітного
поля до 10 000 км і через кілька хвилин обпадаючих [Філіппов, 1999];
макроспікули схожі з ними, але грандіознішими, піднімаються до 40 000 км
[Всесвіт, 1999]; протуберанці приблизно рівні за розмірами спікули, але
петлеподібні (це пов'язано з наявністю двох полюсів у магнітного поля), тримаються
місяцями, а іноді раптово виходять за межі хромосфери і несуться від Сонця,
перетворюючись на корональні викиди і викликаючи на Землі магнітні бурі і полярні
сяйва [Філіппов, 1999]; протуберанець, видимий на тлі фотосфери - волокно;
температура хромосфери - близько 10 000 градусів Цельсія, товщина - 10 000 км
[Всесвіт, 1999];
сонячна корона: видно під час затемнень як
правильної або неправильної форми світиться область з радіусом у 2 - 3 Сонця;
зовнішність залежить від ступеня активності Сонця; корона не має чіткої межі і,
за деякими даними, тягнеться до Плутона і далі; температура досягає 2
млн. градусів [Всесвіт, 1999], але це не відчувається через її розрідженості.
Одночасно на всій сонячної поверхні відбувається
близько 30 тисяч вибухових подій тривалістю в кілька хвилин. Швидкість
викидається речовини - до 150 км/с [магнітогідродинамічні процеси на
Сонце, 1997].
Потік від Сонця заряджених часток (протонів,
електронів) називається сонячним вітром. Частинки відлітають від Сонця зі швидкістю
3 000 000 км/год і створюють магнітні поля і електричні струми, тобто
геліосферу, у яку занурена вся Сонячна система. Частинки мають високу
енергією і небезпечні для людини в Космосі (поза земної атмосфери), але магнітне
поле відкидає з околиць Сонця ще більш небезпечні галактичні промені
(промені, що виникли при вибухах наднових зірок), оберігаючи від них Землю.
На поверхні Сонця видно окремі плями та групи
плям. Вони холодніше решти поверхні (трохи більше 4000 г радусов Цельсія),
але оточені гарячими "смолоскипами", і сумарне випромінювання
"плямистого" Сонця трохи вище, ніж у періоди без плям. Плями часто
оточені "півтінню", і в однієї такої "півтіні"
спостерігається відразу кілька плям. За плям видно, що на екваторі Сонце
обертається швидше (за 25 земних діб), ніж біля полюсів (за 35 земних
діб). Плями викликані місцевими магнітними полями, які тимчасово не
пропускають з глибин Сонця більш гаряче речовина. Тому часто бувають парні
плями (два полюси магнітного поля). Плями існують від кількох днів до
декількох місяців і за розмірами можуть перевершувати Землю і навіть Юпітер. У
плямах недавно виявлена присутність водяної пари [Від Сонця "валить
пар ", 1998].
Висловлювалася думка, що на біоритми людини і
тварин впливає не місячний місячний ритм, а звернення Сонця навколо осі в
середньому за 27 днів [Бреус, 1998].
Життя Сонця підпорядковується чітким 22-річного ритму.
Кожні 11 років магнітні полюси Сонця міняються місцями, що пов'язано з
зміною активності Сонця, періодичним появою і зникненням плям на
ньому, з хромосферними і подібними спалахами. Останній мінімум сонячної
активності було в 1997 р., максимум - у 1990 р. Тоді майже всі Сонце було
плямистим. Перші плями циклу з'являються ближче до полюсів (у "помірних"
областях), а потім концентруються у екватора. У періоди спокою Сонце
зменшується на 250 км (на 0,036%) [Коливання розмірів Сонця, 1996]. Всі
сонячні цикли асиметричні: висхідна гілка в середньому 4,3 року, що ніби --
6,6 років (Чи буде черговий сонячний максимум рекордним? 1989). 11-річний цикл
знайдений також у тау Кита, що має світність 40% від сонячної [На тау Кита - як
на Сонці, 1995]. Мабуть, циклічність пов'язана з нерівномірністю обертання
зірок навколо своєї осі [Купер, Хенбест, 1998]. Також звертає на себе увагу
схожість сонячного циклу (11 років) і періоду обертання Юпітера (трохи менше 12
років) [зауваження автора]. Умовне тіло, яке притягує Сонце як сукупність
всіх планет, має обертатися від Сонця на такій відстані, де період обертання
приблизно дорівнює 11 років [обчислення автора]. Важко позбутися враження,
що 11-річний сонячний цикл обумовлене сукупним впливом планет Сонячної
системи. Нещодавно закінчився XXII сонячний цикл, так як їх відлік ведеться з
1750-го року (нульовий цикл), коли на Сонці спостерігалися надзвичайно потужні
спалаху [Кацова, Лівшиць, 1998].
Крім того, існує велика періодичність Сонця.
Діаметр Сонця змінюється з циклічністю в 250 років на 0,2%. Коли Сонце ширше,
плям на ньому трохи менше [Зміна діаметру Сонця, 1988].
Сонце, таким чином, - одна з змінних зір,
хоча коливання світності не перевищують 0,1 - 0,2%. Але це тільки у видимому
діапазоні. А, наприклад, в рентгенівському діапазоні інтенсивність випромінювання
змінюється в 2 рази [Миронов, 1998]. Є також літературний вказівку [Кацова,
Лившиц, 1998], що повне рентгенівське випромінювання Сонця поза спалахів змінюється
більш ніж у 300 разів при переході від днів з мінімальною до днів з максимальною
активністю, що в кількісному відношенні суперечить попередньою інформацією,
але в якісному відношенні підтверджує її. Очевидно, автори говорять про кілька
різному (сумарне випромінювання за періоди різної тривалості і т.п.).
Вплив 11-річного сонячного циклу на земні об'єкти
не доведено і, принаймні, сильно перебільшена. У зміні погоди на зразок
б спостерігається 12-річний цикл, але він, ймовірно, є подвоєнням достовірно
відкритого 5 - 7-річного циклу, який обумовлений Ель-Ніньо, а не Сонцем
[Бялка, Гамбургцев, 2000].
Сонце все цілком коливається, але дуже слабо, народжуючи
складну структуру коливань - акустичні та внутрішні гравітаційні хвилі,
тобто солнцетрясенія [Лейбахер и др., 1985].
Іноді на Сонці відбуваються вибухи (спалаху),
породжують потужні потоки плазми. При подібних плазмових вибухах
непропорційно велика енергія передається мізерно малою часткою частинок,
які прискорюються при багаторазовому перетині фронту ударної хвилі. Так
народжуються космічні промені сонячного походження. У земній атмосфері вони
генерують "широкі атмосферні зливи" (так називають сукупність
часток атмосфери, що отримала "по шматочках" енергію від частинок високих
енергій). Спалахи на Сонці видно протягом 1 хвилини. Промені починають приходити
через 10 - 15 хвилин прямо від Сонця, але максимум настає через кілька
годин через дифузного запізнювання (в цей час промені приходять звідусіль). У
такі періоди з околиць Землі зникають космічні промені галактичного
походження: "видуваються" з Сонячної системи різко посилився
сонячним вітром [Тверській, 1986]. Спалахи на Сонці дають у Землі дозу
опромінення в 100 разів більше допустимої, і тому небезпечні для космонавтів, а
жителів Землі захищають атмосфера і магнітне поле Землі [Улубеков, 1984].
Що
буде з Сонцем і Землею в майбутньому?
Друзі! Ми живемо на зеленій Землі,
бенкеті в ночі, знищиться, в землі ...
Несітесь, планети! Несітесь, несітесь!
Нічим не наситити, ми сгинем в імлі.
Павло Антокольський
І, можливо, трохи залишилося століть,
Як на світ наш зелений і старий
Дико ринуться хижі зграї пісків
З палаючої юної Сахари.
Середземне море засиплють вони,
І Париж, і Москву, і Афіни,
І ми будемо в небесні вірити вогні,
На верблюдах своїх бедуїни.
І коли, нарешті, кораблі марсіан
У виявляться земної кулі,
Те побачать суцільний золотий океан
І дадуть йому ім'я: Сахара.
Що ми є? - Та всього лише
Гра незрозумілої природи. Нас коли-небудь змиє
Палаючий зоряний прибій.
Галина Діцман
Вважається, що Сонцю 4,8 мільярди років (за
деякими даними - 4,5 мільярдів років). Воно виникло трохи раніше або в один і
той же час з планетами Сонячної системи із загального газово-пилової хмари.
Сонце - зірка другу зоряного покоління Нашої Галактики, і утворилось його
хмара виникла з речовини, викинутого вибухнув зірками першого покоління
(тобто ця речовина наднових зірок, утримані полем тяжіння Нашої
Галактики). Під час вибуху наднових зірок утворюється якась кількість важких
елементів, і тому такі елементи є в Сонячній системі, хоча все одно
переважають легкі елементи - водень, гелій. Так як важкі елементи
необхідні для життя, іноді образно кажуть, що всі ми - діти вибухнули
зірок (життя не могла виникнути поблизу зірок першого покоління).
Передбачуваний початковий склад Сонця - 73%
водню і 25% гелію (приблизно те ж співвідношення, що і при Великому Вибуху,
породила Нашу Всесвіт, але з присутністю важких елементів). Раніше Сонце
оберталося навколо своєї осі швидше, ніж зараз [Кацова, Лівшиць, 1998]. У
Надалі водень у сонячному ядрі почав вигорати і перетворюватися на гелій.
Потоки світла і сонячної плазми (іонізованого речовини) потекли від Сонця під
всі сторони, і маса Сонця стала повільно зменшуватися. Кількість гелію в ядрі
стало зростати, і більш важке й компактне ядро збільшило свою температуру і
посилило термоядерні реакції. У результаті цього Сонце стало світити трохи яскравіше
і продовжує безперервно збільшувати світність. При цьому обертання навколо Сонця
осі трохи сповільнилося: енергія пішла на освіту корони і підтримка
активних процесів у ній (сонячний вітер відносить вмороженностью в нього магнітні
поля, які до якоїсь висоти обертаються разом з Сонцем, а потім
гальмуються, закручується навколо Сонця і гальмують його, взаємодіючи з
магнітними полями під поверхнею зірки) [Кацова, Лівшиць, 1998]. Гальмування
зірки зоряним вітром призводить до зменшення конвективних потоків і зменшення
поверхневої активності зірки, але не впливає на загальну активність.
Зараз світність Сонця на 30% вище, ніж спочатку,
а маса дещо зменшилася [Що чекає Сонце й Землю? 1994]. Це призвело до
деяких змін в Сонячній системі. Через зменшення сонячної маси
планети трохи відсунулися від Сонця, але, мабуть, все одно стали
отримувати трохи більше світла.
водневого палива Сонця вистачить ще на 5
мільярдів років [Всесвіт, 1999]. При цьому будуть відбуватися добре
передбачувані події [Що чекає Сонце й Землю? 1994].
Через 1,1 мільярда років світність Сонця зросте
ще на 10%. Через 3,5 мільярдів - на 40%. Земля тоді, можливо, стане схожа
на Венеру: водяна пара у верхніх шарах атмосфери розкладеться під дією світла
на кисень і водень, легкий водень полетить у космос, вода зникне і
перестане з дощами вимивати вуглекислий газ з атмосфери, він накопичиться і
визивет катастрофічне нагрівання поверхні планети за рахунок парникового
ефекту. Зате в цей час можуть виникнути сприятливі умови для життя на
Марсі (розтане вічна мерзлота, наповниться водою океан Бореаліс і т.д.).
Наступні 6,4 мільярда років водень на Сонце буде вигорати в оболонці
гелієвого ядра. Потім температура в збільшився гелієвої ядрі зросте до
такого ступеня, що "засвітиться" гелій (з утворенням кисню і
вуглецю). Сонце при цьому збільшить світність ще в 2 рази. Протягом 1,3
мільярдів років воно стане поволі розширюватися і збільшить діаметр у 170 разів.
При цьому поглине Меркурій. Землі це розширення не досягне. Крім того, від
Сонця до цього часу залишиться тільки 72,5% сучасної маси, і Земля
відсунеться. Настане стабільна пауза тривалістю в 110 мільйонів років,
яка зміниться подальшим швидким розширенням Сонця протягом 20 мільйонів
років. Тоді Сонце досягне сучасної орбіти Землі і збільшить світність в
5200 разів. Але маса Сонця складе тільки 59% сучасної, і Земля відсунеться
аж до сучасного Марса і врятується. Втім, температура на Землі досягне 1600
градусів Цельсія, і це буде рідка розплавлена планета. Коли гелій в ядрі
вигорить, сонячний вітер здує оболонку Сонця. З цієї оболонки виникне так звана
планетарна туманність. Такі туманності є навколо деяких вигорілих
зірок, і раніше вважали, що з них утворюються планети, а насправді це
"останні видихи вмираючих зірок". У центрі Сонячної системи,
замість величезного червоного гігантського Сонця, залишиться зіщулена білий карлик
з масою приблизно 0,6 від сучасної і дуже маленької світність (за рахунок
енергії поступового стиснення). Залишки Сонячної системи поринуть в холод і
морок. Настане млява стабільність.
Список літератури
Для підготовки
даної роботи були використані матеріали з сайту http://www.seminarium.narod.ru
