Солнце

Введение

Изучение Солнца во все времена было одной из важнейших задач астроно-мии и многих других наук. Как само Солнце, так и влияние его на Землю являют-ся важнейшими объектами исследования.

Интерес ученых к проблеме солнечно – земных связей вызван несколькими причинами. Прежде всего, по мере выяснения физических сторон влияния Солнца на Землю выявилось громадное прикладное значение этой проблемы для радио-связи, магнитной навигации, безопасности космических полетов, прогнозирова-ния погоды и так далее. Не менее важной была проблема влияния активности солнца на здоровье людей.

В 1915 г. Александр Леонидович Чижевский(1897-1964 гг.) обратил внима-ние на циклическую связь между развитием некоторых эпидемий и пятнообразо-вательной деятельностью Солнца. А.Л.Чижевский установил влияние солнечной активности на возникновение заболеваний ещё в 20-х годах. Его считают осново-положником науки гелиобиологии. С тех пор проводятся исследования, накапли-ваются научные данные, подтверждающие влияние солнечных и магнитных бурь на здоровье. Из всех заболеваний, которые подвержены воздействию магнито-сферных бурь, сердечно–сосудистые были выделены, прежде всего, поскольку их связь с солнечной и магнитной активностью была наиболее очевидной. Необхо-димо отметить, что больной и здоровый организм по-разному реагирует на изме-нения космических и геофизических условий. Рассматривались эмоциональные проявления в периоды космических и геофизических возмущений, причем необ-ходимо сказать о важном аспекте управления мышлением и эмоциональным со-стоянием.

Отмечено, что психоэмоциональный настрой на творческий труд является мощным стимулом активности внутренних резервов организма, позволяющим легче переносить экстремальные воздействия природных факторов. Экстремаль-ные космические и геофизические ситуации влияют также и на детей, на их нерв-ную, эндокринную, сердечно–сосудистую, дыхательную и другие системы.

Поэтому изучение Солнца и его влияния на Землю крайне важно.

Солнце и его влияние на Землю

Глава 1. Солнце – общая характеристика и строение

1.1. Общая характеристика Солнца

Солнце - центральное тело Солнечной системы, раскаленный плазменный шар, типичная звезда-карлик спектрального класса G2. Среди звезд Солнце по размеру и яркости занимает среднее положение, хотя в солнечной окрестности большинство звезд имеет меньшие размеры и яркости. Поверхностная температу-ра Солнца около 5800 K. Вращение Солнца вокруг оси происходит в том же на-правлении, что и Земли (с запада на восток), ось вращения образует угол 82 °45' с плоскостью орбиты Земли (эклиптикой). Один оборот относительно Земли со-вершается за 27,275 сут (синодический период обращения), относительно непод-вижных звезд — за 25,38 сут (сидерический период обращения). Период враще-ния (синодический) изменяется от 27 сут на экваторе до 32 суток у полюсов. Хи-мический состав, определенный из анализа солнечного спектра: водород — около 90%, гелий — 10%, остальные элементы — менее 0,1% (по числу атомов). Подоб-но всем звездам, оно представляет собой шар горячего газа, а источником энергии является ядерный синтез, происходящий в его недрах. Земля, находящаяся на расстоянии 149,6 млн. км от Солнца, получает около 2.1017Вт солнечной лучи-стой энергии. Солнце — основной источник энергии для всех процессов, совер-шающихся на земном шаре. Вся биосфера, жизнь существуют только за счет сол-нечной энергии.

Точные измерения показывают, что диаметр Солнца в 1392000км не посто-янная величина. Около пятнадцати лет назад астрономы обнаружили, что Солнце худеет и полнеет на несколько километров каждые 2 часа 40 минут, причем этот период сохраняется строго постоянным. С периодом 2 часа 40 минут на доли про-цента меняется и светимость Солнца, то есть излучаемая им энергия.

Указания на то, что диаметр Солнца испытывает еще и очень медленные колебания со значительным размахом, были получены путём анализа результатов астрономических наблюдений многолетней давности. Точные измерения продол-жительности солнечных затмений, а также прохождения Меркурия и Венеры по диску Солнца показали, что в XVII веке диаметр Солнца превышал нынешний примерно на 2000 км, то есть на 0,1%.

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 ко-личество 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 энер-гии.

Солнце вращается не как твёрдое тело, его угловая скорость по мере удале-ния от экватора уменьшается .. Такое вращение получило название дифференци-ального или зонального вращения. По наблюдениям многих тысяч пятен установ-лено, что w = 14.4 – 2.7 sin b,где - угловое расстояние от экватора, гелиографи-ческая 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.

Протяжённость хромосферы составляет около 10 000 км. Было найдено, что плотность в ней изменяется с высотой медленнее, чем в фотосфере. Подтвержде-ние сказоному является присутствие в спектре хромосферы линий ионизирован-ного гелия

В то же время в спектре хромосферы видны также линии бальмеровской серии водорода, которые могут образовываться лишь в случаях низкой темпера-туры излучающего газа.

Эти противоречивые данные можно согласовать, если в хромосфере одно-временно 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 га-зом с температурой 20 000 К (рис.4.). Высота отдельной спикулы достигает не-скольких тысяч километров, толщина - около одной тысячи километров. Со ско-ростями порядка 20 км/сек спикулы движутся вверх и растворяются в короне.

У основания короны плотность равна 10 г/см (соответствующая концентра-ция частиц N = 10 см), а температура очень резко возрастает до 100 000 К. на вы-соте h = 70 000 км Т = 2 млн. градусов.

1.2. Строение Солнца

Солнце состоит из следующих элементов:

ЯДРО - где температура в центре равна 27 млн. K, здесь протекает ядерный синтез. В процессе превращения водорода в гелий ежесекундно аннигилируется 4 млн. т солнечного вещества. Выделяемая при этом энергия и является источником солнечной энергии. В общепринятой теоретической модели Солнца (так называе-мой "Стандартной модели") предполагается, что подавляющая часть энергии вы-рабатывается реакциями прямого синтеза водорода c образованием гелия, и толь-ко лишь 1,5% - реакциями так называемого цикла CNO, в котором в процессе ре-акции углерод циклически превращается сначала в азот и кислород, после чего реакция снова приводит к образованию углерода.

Поверх ядра расположена ЗОНА ИЗЛУЧЕНИЯ, где образовавшиеся в про-цессе ядерного синтеза фотоны с высокой энергией сталкиваются с электронами и ионами, порождая повторное световое и тепловое излучение.

С внешней стороны зоны излучения лежит КОНВЕКТИВНАЯ ЗОНА (во внешнем слое толщиной 150-200 тыс. км, расположенный непосредственно под фотосферой), в который нагретые газовые потоки направляются вверх, отдают свою энергию поверхностным слоям и, стекая вниз, повторно нагреваются. Кон-вективные потоки приводят к тому, что солнечная поверхность имеет ячеистый вид, солнечные пятна, спикулы и т. д. Интенсивность плазменных процессов на Солнце периодически изменяется (11-летний период – солнечная активность).

В противовес данной теории, что наше Солнце состоит главным образом из водорода, 10 января 2002г обсуждалась гипотеза профессора кафедры ядерной химии из университета Миссури-Роллана Оливер Мануэль (Oliver Manuel) на 199-й конференции Американского астрономического общества, утверждающая, что основную массу Солнца составляет не водород, а железо. В статье «Происхожде-ние солнечной системы с "железным" Солнцем") он утверждает, что реакция син-теза водорода, которая дает часть солнечного тепла, происходит вблизи поверх-ности Солнца. Но основное тепло выделяется из ядра Солнца, которое состоит главным образом из железа. Изложенную в статье теорию происхождения Сол-нечной системы из взрыва сверхновой, после чего из ее сжавшегося ядра образо-валось Солнце, а из выброшенной в космос материи - планеты, выдвинул в 1975г вместе с доктором Дварка Дас Сабу.

1.3. Солнечная атмосфера. Фотосфера, хромосфера, корона

Вся солнечная атмосфера постоянно колеблется. В ней распространяются как вертикальные, так и горизонтальные волны с длинами в несколько тысяч кило-метров. Колебания носят резонансный характер и происходят с периодом около 5 минут (от 3 до 10 минут). Скорости колебаний чрезвычайно малы - десятки сан-тиметров в секунду.

Фотосфера – это видимая поверхность Солнца. Достигает толщины около 0,001 RD (200-300 км), плотность 10-9 — 10-6 г/см3, температура убывает снизу вверх от 8 до 4,5 тыс. К. Фотосфера представляет собой зону, где характер газооб-разных слоев меняется от полностью непрозрачных для излучения до совершенно прозрачных. Фактически фотосфера излучает весь видимый свет. Температура фотосферы Солнца около 5800 K, причем к основанию хромосферы она падает примерно до 4000 K. Линии поглощения в спектре Солнца формируются в ре-зультате поглощения излучения и рассеяния именно в этом слое. Явления, харак-терные