ГРУППА 106. ФИЗИКА.  ТЕМА «СОЛНЦЕ»

 Основные характеристики Солнца

 Солнце — лишь одна из бесчисленного множества звезд, существующих в природе. Благодаря близости Земли к Солнцу мы имеем возможность изучать происходящие на нем процессы и по ним судить об аналогичных процессах в звездах, непосредственно не видимых из-за колоссального их удаления.

 Шарообразное Солнце представляется нам светящимся диском. Видимая поверхность Солнца называется фотосферой, ее радиус считается радиусом Солнца. На среднем расстоянии от Солнца до Земли угол, под которым виден радиус фотосферы θ = 16', поэтому линейный радиус Солнца  R = 700 000 км, что в 109 раз превышает радиус Земли. Масса Солнца определяется по движению Земли вокруг Солнца и третьему обобщенному закону Кеплера. Период обращения Земли вокруг Солнца. - 3,2 • 107 с.

Ускорение свободного падения на поверхности Солнца в 28 раз больше, чем на поверхности Земли, и равно 274 м/с².

На фотографических снимках Солнца часто видны темные пятна, возникающие в его фотосфере. Если в течение нескольких дней следить за пятнами, то можно заметить их перемещение, что указывает на вращение Солнца вокруг оси. Такие наблюдения показали, что Солнце вращается не как твердое тело. Период его обращения вокруг оси вблизи экватора составляет 25 сут., а вблизи полюса — 30 сут. Линейная скорость вращения Солнца на экваторе составляет 2 км/с.

Измерение освещенности, которую создает Солнце на Земле, показало, что на земную поверхность площадью в 1 м², расположенную перпендикулярно к солнечным лучам, ежесекундно поступает от Солнца энергия, равная 1370 Дж. Эта величина получила название солнечной постоянной E = 1,37 кВт/м².     На долю Земли приходится всего лишь одна двухсотмиллиардная доля энергии, излучаемой Солнцем, но и ее достаточно для расцвета и многообразия жизни на нашей планете.

 Судить о температуре Солнца (и звезд) мы можем только по его (их) излучению. Солнце является источником излучения различных длин волн — от длинноволнового радио- до коротковолнового рентгеновского и гамма-излучения. В спектре Солнца в видимом диапазоне длин волн, полученном с помощью спектрографа, видно, что на фоне непрерывного спектра видны линии поглощения различных химических элементов.

       По наличию спектральных линий астрономы определяют химический состав Солнца. Оказалось, что Солнце почти на 71% состоит из водорода, 27% составляет гелий, на остальные химические элементы приходится около 2% массы.

Астрономы предполагают, что излучение Солнца близко по своим характеристикам к излучению абсолютно черного тела, законы излучения которого хорошо известны.. Отсюда следует, что температуру солнечной фотосферы считают близкой к 6000 К.

 

 Строение солнечной атмосферы

Все виды излучений, которые мы воспринимаем от Солнца, образуются в его самых верхних слоях, в атмосфере. Самый глубокий и плотный слой атмосферы — фотосфера — имеет толщину около 200 км, плотность вещества в ней составляет 10-5 кг/м3, что значительно меньше плотности земной атмосферы. Несмотря на малое значение толщины и плотности, фотосфера непрозрачна для всех видов излучений, образующихся в более глубоких слоях Солнца, поэтому мы не можем заглянуть в его подфотосферные слои. В фотосфере видна зернистая структура, получившая название грануляции.

. На ярком фоне фотосферы наблюдаются темные пятна. Размеры солнечных пятен могут превышать 10 000 км! Такие крупные пятна хорошо видны даже невооруженным глазом (конечно, только сквозь темный светофильтр). На фоне ослепительно яркой фотосферы пятно кажется нам черным. Однако измерения показали, что яркость пятен в 5—10 раз меньше яркости окружающей фотосферы, а их реальный цвет — красноватый. По этим измерениям оказалось, что температура пятен около 4000 К. Наблюдения показали наличие сильного магнитного поля в пятнах.

 Внешняя часть солнечной атмосферы — корона имеет вид лучистого жемчужного сияния, яркость которого в миллион раз меньше яркости фотосферы. Солнечная корона прослеживается до расстояний в десять и более радиусов Солнца. Солнечная корона нагрета до температуры около 2 • 10⁶ К. При такой температуре вещество короны представляет собой полностью ионизованную плазму, излучающую в рентгеновском диапазоне.       И действительно, при наблюдениях в рентгеновские телескопы, которые установлены на космических астрономических обсерваториях за пределами земной атмосферы, солнечная корона представляется в полной красе, в то время как поверхность Солнца (фотосфера) практически не видна.

 Во время полных солнечных затмений на краю Солнца, во внутренних слоях солнечной короны, наблюдаются протуберанцы — струи горячего вещества, имеющие вид выступов и фонтанов. Некоторые из них — спокойные протуберанцы — в течение многих часов висят над солнечной поверхностью, другие — эруптивные (взрывные) — внезапно с огромной скоростью взлетают над поверхностью, быстро поднимаются до высоты в десятки и даже сотни тысяч километров и так же быстро падают вниз.

 Из короны в межпланетное пространство истекает непрерывный поток частиц (протонов, ядер гелия, ионов, электронов), называемый солнечным ветром. Частицы солнечного ветра покидают солнечную корону со скоростью около 800 км/с, поэтому солнечное притяжение не может их удержать. Вблизи Земли скорость солнечного ветра достигает 500 км/с.

 

 Солнечная активность

Количество солнечных пятен меняется с периодом около 11 лет. На рисунке показано наблюдаемое изменение числа пятен на Солнце с начала XVII в. Когда наблюдается максимальное число пятен, то говорят о максимуме солнечной активности. В годы максимума солнечной активности значительно возрастает число мощных протуберанцев, в такт с солнечной активностью меняется и форма солнечной короны. Одним из самых значительных проявлений солнечной активности являются солнечные вспышки, во время которых выделяется колоссальная энергия — в течение десятка минут выделяется энергия до 10²⁵ Дж. Наблюдения со спутников установили, что во время солнечных вспышек происходит резкое увеличение ультрафиолетового излучения, появляется мощное рентгеновское и гамма-излучение.

Датчики быстрых заряженных частиц, установленные на искусственных спутниках, показали, что при мощных солнечных вспышках в межпланетное пространство выбрасываются с огромными скоростями, иногда доходящими до 100 000 км/с, мириады частиц, обладающих большой кинетической энергией и получивших название  солнечных космических лучей. Их основной состав — ядра атомов водорода, гелия, а также электроны. Вспышки и другие проявления солнечной активности оказывают значительное влияние на физические условия в земной атмосфере и околоземном космическом пространстве и, как следствие, на биологические явления.

Астрономы не только взвесили Солнце, но и измерили температуру его поверхности и светимость. Наземные и космические исследования позволили изучить солнечную атмосферу и обнаружить проявления солнечной активности.

Тест по теме «СОЛНЦЕ»

Вариант 1.

1. Укажите солнечные явления, определения которых даны:

А.  В фотосфере яркая область, окружающая солнечное пятно, которая появляется на спектрогелиограмме.

Б.  Светлые фотосферные пятна, которые выглядят как рисовые зёрна.

В. Тёмные, относительно холодные области на яркой фотосфере.

Г. Массы яркого газа, как пламя, поднимающиеся на сотни тысяч километров над нимбом Солнца.

Д.  Огромные, короткоживущие, взрывчатые выбросы света и вещества.

1. Вспышка; 2. Гранулы; 3. Флоккул; 4. Протуберанцы; 5. Пятна;

2.  Масса Солнца от всей массы Солнечной системы составляет…

А.   99,866%;   Б.  31, 31%;   В. 1, 9891 %;   Г. 27,4 %.

3. Солнце состоит из водорода на …

А.  71%;   Б.  27%;   В.  2%;  Г.  85%.

4. В центре Солнца находится…

А. зона термоядерных реакции (ядро);

Б.  зона переноса лучистой энергии;

В.  конвективная зона;

Г.  атмосфера..

5. Температуру на Солнце можно определить при помощи:

А.  термометра; Б.  законов Кеплера;  В.  спектра Солнца;

Г.  закона всемирного тяготения;  Д.  закона Гука.

6.. Температура в пятнах снижается потому что:

А. Солнце гаснет;

Б. на Солнце заканчивается ядерное топливо;

В. Магнитное поле в пятнах тормозит конвекцию;

Г. в пятнах возникает черная дыра;

Д. в пятнах плавают куски урана;

7.Источником энергии в ядре Солнца являются термоядерные реакции, в которых “топливом” служит:

А. уран;  Б. радий;  В. плутоний;  Г.водород;  Д. гелий;

10.                       Количество солнечных пятен меняется с периодом:

А. 5 лет; Б. 3 года; В. 11 лет; Г. 19 лет; Д. 22 года;

8.Температура солнечной короны достигает:

А. 2 000 000 К;  Б. 20 000 К;  В. 10 000 К;  Г. 6 000 К;  Д. 2 000 К;

9.Какой слой Солнца является основным источником видимого излучения?

А. Хромосфера

Б. Фотосфера

В. Солнечная корона

.10. Какой слой Солнца является основным источником видимого излучения?

А. Хромосфера.

Б. Фотосфера.

В. Корона.

11. Хромосфера – это …

А. … это внешняя область Солнца, которую мы видим; это горячий, разреженный газовый слой, разогретый примерно 6000 К, из которого в космос излучается энергия.

Б. … это самая внутренняя часть солнечной атмосферы, простирается на несколько  тысяч километров и становится видимым с Земли только во время полного солнечного затмения, когда светит красным светом благодаря наличию там водорода.

В. … это внешняя атмосфера Солнца, расположенная над хромосферой, она содержит разреженный горячий газ, который простирается на миллионы километров от Солнца и становится прекрасно видимой во время полного солнечного затмения.