Исследование Солнца - ближайшей звезды
начала горения водорода светимость Солнца
будет всего в два раза выше нынешней. К этому времени человечество (если
оно ещё будет существовать на Земле) уже давно начнёт испытывать
климатические трудности. Однако потом станет ещё хуже. А пока диаметр
Солнца всего в 2 раза превышает нынешний.
Между тем, в недрах Солнца к этому времени в недрах Солнца уже
произойдут существенные изменения. В центре весь водород уже будет
исчерпан. Центральная область уже целиком заполнена гелием. В центре не
происходит ядерных реакций, поскольку весь водород уже выгорел, а для
превращения гелия в углерод температура слишком мала. Только на поверхности
этого гелиевого шара, там, где гелий граничит со слоем, богатым водородом,
ещё происходит сгорание водорода. Постепенно выгорает и этот водород, а
радиус гелиевой сферы в центре Солнца увеличивается. Если в начале у нашего
Солнца было ядро, где происходили ядерные реакции превращения водорода в
гелий, то теперь горение водорода происходит в тонкой сферической оболочке,
которая постепенно расширяется и перемещается во внешние области, всё ещё
богатые водородом. С течением времени диаметр гелиевого шара в центре
Солнца становится всё больше. На диаграмме Г – Р Солнце перемещается на
право вверх в область красных гигантов (рис.1.). Солнечный шар становится
всё больше и одновременно холоднее. Через 13 миллиардов лет размеры Солнца
станут примерно в 100раз больше, чем сегодня, а светимость увеличится в
2000 раз. В тоже время температура поверхности снизится. Она будет
составлять всего 4000 градусов, т. е. на 1800 градусов меньше, чем теперь.
Но нас это уже не спасёт. К тому времени океаны на Земле давно уже
испарятся, а под палящими лучами Солнца будет плавиться
7
даже свинец. Земля превратится в горячую печь, на которой уже не сможет
существовать жизнь. Над безжизненной поверхностью
Земли будет светить гигантский солнечный шар с размером в полнеба. Было
бы, конечно, интересно узнать, на сколько верны эти предсказания
компьютерной модели.
Наши наблюдения не плохо описывают основные свойства нынешнего Солнца.
Но можно ли сделать из этого вывод, что модель так же хорошо предсказывает
и печальные для людей последствия его развития? У нас есть для этого прямое
подтверждение. Если нанести на диаграмму Г – Р звезды из шарового
скопления, то на главной последовательности не окажется звезд, светимость
которых в 3 раза и более превышает солнечную. Это соответствует примерно
1.3 массы Солнца. Дело в том, что наиболее яркие звёзды из главной
последовательности уже «сожгли» свой водород. Звёзды, массы которых
превышают солнечную в 1.3 раза и более, расположены на ветви, которая
отходит от главной последовательности на право вверх, в область красных
гигантов. Эти звёзды развивались примерно так же, как предсказывает наша
модель Солнца. Масса этих звёзд совсем не на много превышает солнечную.
На рис.2. изображена диаграмма Г – Р для звёзд главной
последовательности шарового скопления М3. На этой диаграмме чёрной стрелкой
изображён путь развития звёзд, подобных Солнцу. Из рис.2. хорошо видно, что
звёзд шарового скопления развиваются так же, как будет
Рис.2. Диаграмма звёзд из
шарового скопления М3. На
этом рисунке нанесён путь развития звёзд главной
последовательности (чёрная стрелка), который
показывает, как звёзды
главной
последовательности перемещаются в область
красных гигантов.
8
развиваться наше Солнце в будущем. На диаграмме показаны звёзды, которые
уже перемещаются по диаграмме на право вверх. Такая судьба постигнет и
Солнце через 8 миллиардов лет. Более тяжёлые звёзды опережают Солнце, они
уже сегодня показывают нам, что ожидает в будущем наше Солнце. И если на
некоторых планетах, образующихся вокруг этих звёзд, когда-то была, жизнь то
теперь эта жизнь там уже не существует, и все её следы сгорели в потоке
тепла, который испускают эти звёзды. Таким образом, астрономические
наблюдения подтверждают, что наши предсказания дальнейшей судьбы Солнца, к
сожалению правильны.
9
Общие сведения о Солнце.
Солнце – рядовая звезда нашей Галактики. Это единственная звезда столь
близкая к Земле, что на ней видны отдельные детали её поверхности. Изучая
их, мы можем глубже понять природу других звёзд, находящихся на значительно
больших расстояниях.
Среднее расстояние от Земли до Солнца составляет 149.6 миллионов км. Так
как Земля обращается вокруг Солнца по эллиптической орбите, то в январе она
ближе к нему на 2.5 миллиона км, а в июле – настолько же дальше. Радиус
Солнца R = 696 000 км, масса m = 1.99 10 г, средняя плотность p = 1,41
г/см. Полное количество энергии излучаемой, Солнцем, составляет L = 3.86 10
эрг/сек или L = 3.86 10 Вт. Но Земля получает лишь 5 10 долю всей
излучаемой Солнцем энергии. Эффективная температура Солнца Тэф = 5806 К,
его спектральный класс G2.
Солнце вращается не как твёрдое тело, его угловая скорость по мере
удаления от экватора уменьшается (рис.3.). Такое вращение получило
название дифференциального или зонального вращения. По наблюдениям многих
тысяч пятен установлено, что w = 14.4 – 2.7 sin b,где - угловое
расстояние от экватора, гелиографическая широта период вращения Солнца
изменяется от 25 суток на экваторе до 30 суток вблизи полюсов. Линейная
скорость вращения на экваторе близка к 2 км/с.
Рис.3. Схема вращения Солнца. Слева – пятна,
расположенные вдоль
центрального меридиана,
с
права их положение
после одного оборота
Солнц.
Наблюдаемое излучение Солнца возникает в его тонком внешнем слое,
который называется фотосферой. Толщина этого слоя не превышает 0.001
радиуса Солнца, т. е. около 700 км. Плотность вещества на нижней границе
фотосферы составляет 5 10 г/см, тогда как на верхней границе она в
тысячу раз меньше. Уровень с
10
плотностью p = 10 г/см и температурой Т=4600 К условно называют
«поверхностью» Солнца. Плотность в фотосфере Солнца с высотой уменьшается
непрерывно. И всё же наблюдателю бросается в глаза резкая граница Солнца,
чёткий край солнечного диска. Дело в том, что при изучении края диска
Солнца наблюдатель принимает излучение, образующиеся в столбике газа,
ориентированном вдоль луча зрения. В каждый элементарный объём столбика,
излучение поступает из более глубоких слоёв. Здесь оно поглощается и
переизлучается во всех направлениях и частично в направлении наблюдателя.
Очевидно, что чем дальше от центра Солнца, тем меньше число квантов будет
«переадресовано» по направлению к наблюдателю. Расчёты показывают, что
изменение интенсивности от I = 0 до максимального значения происходит в
слое толщиной около 300 км. С Земли этот слой виден всего под углом 0'',4.
Он и воспринимается наблюдателем как резкий край солнечного диска.
В моменты солнечных затмений вокруг Солнца хорошо видно небольшое кольцо
ярко–красного цвета–хромосфера, окружённая серебристо-белой короной. Обычно
спектры хромосферы и получают во время полных солнечных затмений. Отдельные
детали её внутренней структуры изучают при помощи хромосферных телескопов с
интерференционно - поляризационными фильтрами.
Протяжённость хромосферы составляет около 10 000 км. Было найдено, что
плотность в ней изменяется с высотой медленнее, чем в фотосфере.
Подтверждение сказоному является присутствие в спектре хромосферы линий
ионизированного гелия
В то же время в спектре хромосферы видны также линии бальмеровской серии
водорода, которые могут образовываться лишь в случаях низкой температуры
излучающего газа.
Эти противоречивые данные можно согласовать, если в хромосфере
одновременно присутствуют и холодные, и горячие элементы газа. Поэтому
модель хромосферы выглядит следующим образом. В нижней её части температура
равна 4500 – 4800 К. на высоте около 2000 км появляются горячие струи –
спикулы, температура которых достигает 50 000 К и которые окружены более
холодным газом с температурой 20 000 К (рис.4.). Высота отдельной спикулы
достигает нескольких тысяч километров, толщина - около одной тысячи
километров. Со скоростями порядка 20 км/сек спикулы движутся вверх и
растворяются в короне.
У основания короны плотность равна 10 г/см (соответствующая концентрация
частиц N = 10 см), а температура очень резко возрастает до 100 000 К. на
высоте h = 70 000 км Т = 2 млн. градусов.
11
Об
| |  скачать работу |
Исследование Солнца - ближайшей звезды |
