Температура солнца. Температура звезды

Как жители прекрасной планеты Земля мы все любим наше единственное Солнце и все зависим от него. Температура Солнца всегда являлась предметом особого интереса. Не удивительно, что легче всего сотворить сенсацию, если периодически сообщать о возможном «охлаждении» Солнца, или о перегреве и даже скором взрыве светила.

Так в 2005 г. В прессе появилась сенсационная информация: Солнце может взорваться через шесть лет! В Интернете публиковался следующий материал:
« Голландский астрофизик доктор Пирс Ван дер Меер, эксперт Европейского космического агентства (ESA), полагает, что некоторые признаки свидетельствуют о том, что Солнце вот-вот взорвется. Температура ядра Солнца, по словам доктора Ван дер Меера, составляющая обычно 27 млн градусов Фаренгейта, за несколько последних лет поднялась до опасных 49 млн градусов. По его мнению, процесс разогрева нашего светила на протяжении последних 11 лет очень похож на изменения, происходящие в звездах перед взрывом Сверхновых - например, в знаменитой Сверхновой 1604 года. Процесс глобального потепления, по его мнению, который мы наблюдаем в настоящее время, связан не с действием парникового эффекта, а как раз с разогревом Солнца. О необычных процессах, происходящих на Солнце, свидетельствуют и снимки гигантских протуберанцев, полученных солнечной и гелиосферной обсерваторией NASA SOHO, ведущей непрерывные наблюдения за светилом из космоса. Вычисления, проведенные сотрудниками доктора Меера, показывают, что если температура солнечных недр будет расти теми же темпами, скоро процесс станет необратимым, и в этом случае Солнце взорвется уже лет через шесть.»

Слава богу, что сразу появились опровержения информации, в частности признающие, что никаких особых вспышек на Солнце или особого нагревания зафиксировано не было. Сенсация оказалась, к нашему счастью, липовой.

Однако сайт, как информационно-образовательный портал не может не посвятить небольшой материал для любознательных о температуре на Солнце.

Излучение Солнца отличается от излучения абсолютно черного тела. Определяемая полным потоком излучения эффективная температура Солнца равна 5760° С, в то время как положение максимума излучения в спектре Солнца соответствует температуре, определенной по закону Вина, около 6750° С. Таким образом, когда говорят об измеряемой температуре поверхности Солнца чаще всего приводят цифру около 6000 °С. Относительное распределение энергии в различных участках спектра дает представление о цветовых температурах Солнца, значение которых весьма сильно меняется даже в пределах одной только видимой области. Так, например, в интервале длин волн 4700-5400 A цветовая температура составляет 6500°С, а рядом в области длин волн 4300-4700 A — около 8000°С. В еще более широких пределах меняется по спектру яркостная температура, которая на участке спектра 1000-2500 A возрастает от 4500° до 5000°, в зеленых лучах (5500 A) близка к 6400°, а в радиодиапазоне метровых волн достигает миллиона градусов!
Важно отметить, что температура солнечного вещества меняется с глубиной. Действительно, непрозрачность сильно нагретых газов неодинакова для различных длин волн. В ультрафиолетовых лучах поглощение больше, чем в видимых. Вместе с тем сильнее всего такие газы поглощают радиоволны. Поэтому радио-, ультрафиолетовое и видимое излучения соответственно относятся к все более и более глубоким слоям Солнца. Учитывая наблюдаемую зависимость яркостной температуры от длины волны, получаем, что где-то вблизи видимой поверхности Солнца расположен слой, обладающий минимальной температурой (около 4500° С), который можно наблюдать в далеких ультрафиолетовых лучах. Выше и ниже этого слоя температура быстро растет.

Из вышесказанного следует, что большая часть солнечного вещества должна быть весьма сильно ионизована. Уже при температуре 5-6 тысяч градусов ионизуются атомы многих металлов, а при температуре выше 10-15 тысяч градусов ионизуется наиболее обильный на Солнце элемент — водород. Следовательно, солнечное вещество представляет собой плазму, т.е. газ, большинство атомов которого ионизовано. Лишь в тонком слое вблизи видимого края ионизация слабая и преобладает нейтральный водород. Температура внутри Солнца достигает по разным оценкам 15-20 млн. градусов.

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.

Это огромная по своей массе звезда, в которой постоянно идет термоядерный синтез, благодаря чему и выделяется тепло. Состоит она из 70% водорода и 28% гелия. Доля металлов в её составе - всего лишь 2%. Температура Солнца в градусах по Цельсию может кардинально различаться. В некоторых местах температура может составлять всего 5 800°С (поверхность), а в других все 13 500 000°С (ядро). Кроме того, на поверхности Солнца присутствует огромное количество темных пятен и некоторых других объектов, которые также имеют большой разброс по температуре.

Как Солнце выделяет такое количество энергии? Данный процесс достаточно сложен. Во внутреннем ядре - термоядерная реакция, а именно деление ядер водорода под большим давлением. В результате этого синтезируется одно ядро гелия, а также освобождается огромное количество энергии. Как известно на данный момент, Солнце израсходовало около половины своих запасов водорода, оставшихся запасов хватит еще на 5 миллиардов лет. По мере расходования топлива, звезда будет постепенно становиться все больше, пока не достигнет троекратного увеличения. Затем Солнце станет маленьким «белым карликом», однако многих планет уже не станет, и Земля относится к их числу. Так или иначе, в исследовательских лабораториях по всему миру ученые постоянно пытаются повторить все эти процессы, которые происходят внутри звезды, чтобы как можно подробнее изучить поведение плазмы в земных условиях.

Атмосфера Солнца возвышается на 500 километров от поверхности светила. Этот промежуток называется фотосферой. Из-за конвекции поток тепла поднимается выше, в фотосферу.

Кроме фотосферы, существует еще и хромосфера, толщина которой составляет около 10 тысяч километров. Разделяется она на две основные зоны:

• нижняя - занимает пространство до 1 500 км, её основу составляет нейтральный водород, средняя её температура находится на уровне 4000°С и увеличивается с повышением высоты;
• верхняя - формируется отдельными спикулами, которые выбрасываются из нижней части хромосферы на высоту до 10 000 км, причем температура здесь намного выше и доходит до 15 000°С. Кроме того, при спектральном анализе ученым удалось обнаружить в её составе гелий, кальций и ионизированный водород.

Хромосфера - это не самая плотная субстанция, поэтому наблюдать её можно только во время полного солнечного затмения либо при помощи специальных узкоспециализированных фильтров.

Протуберанцы

Еще одной важной частью солнечной активности являются протуберанцы. Фактически, они представляют собой плотную конденсацию холодного (по меркам Солнца) вещества, которое удерживает магнитное поле звезды. В зависимости от типа, протуберанцы могут выглядеть как темное пятно, волокно, так и иметь древесную или кустовую формы. Наблюдать их становится возможным, в основном, во время затмения либо через специальный протуберанц-спектроскоп. Кинетическая температура протуберанцев колеблется от 15 000 до 25 000 градусов Цельсия.

На текущий момент не существует однозначной теории, которая бы полностью объяснила возникновение протуберанцев. Принято считать, что эти выбросы происходят благодаря одновременному воздействию гравитации, электричества и магнитной силы.

Заключение

Как можно убедиться, температура Солнца в градусах по Цельсию может иметь колоссальные различия. С одной стороны, звезда дает свет, а с другой, постоянно пытается уничтожить всю жизнь на ней, достаточно лишь вспомнить солнечный ветер, который постоянно оказывает давление на магнитное поле планеты.

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.

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.