Θερμοκρασία στα βάθη του ήλιου. Από τι είναι φτιαγμένος ο ήλιος; Τι υπάρχει μέσα στον Ήλιο

Σπίτι / σπίτι

Το φωτιστικό, στο οποίο ο πλανήτης μας, η βιόσφαιρά του και ο ανθρώπινος πολιτισμός οφείλουν την ύπαρξή τους, είναι αρκετά κοινότοπο από τη σκοπιά των αστρονόμων.

Αυτό είναι ένα συνηθισμένο κίτρινο αστέρι της πολύ κοινής κατηγορίας G2. Κάθε 225–250 εκατομμύρια χρόνια, ολοκληρώνει μια πλήρη περιστροφή σε μια σχεδόν κυκλική τροχιά με ακτίνα 26.000 ετών φωτός γύρω από το κέντρο ενός τυπικού μεγάλου σπειροειδούς γαλαξία με παθητικό πυρήνα που δεν εκπέμπει ισχυρά ρεύματα ενέργειας. Ωστόσο, ακριβώς σε αυτήν την κανονικότητα βρίσκεται η ευτυχία μας. Τα αστέρια που είναι πιο δροσερά και ζεστά (και ειδικά εκείνα που βρίσκονται κοντά σε ενεργά γαλαξιακά κέντρα) είναι πολύ λιγότερο κατάλληλα για τον ρόλο του λίκνου της ζωής, τουλάχιστον αυτά με βάση τον άνθρακα

Alexey Levin

Σύμφωνα με γενικά αποδεκτές εκτιμήσεις, ο Ήλιος αναδύθηκε πριν από 4,59 δισεκατομμύρια χρόνια. Είναι αλήθεια ότι πρόσφατα ορισμένοι αστρονόμοι άρχισαν να μιλούν για το γεγονός ότι η ηλικία του είναι 6-7 δισεκατομμύρια χρόνια, αλλά αυτά είναι ακόμα μόνο υποθέσεις. Φυσικά, το φως της ημέρας μας δεν γεννήθηκε από το πουθενά. Η μητέρα του ήταν ένα γιγάντιο σύννεφο αερίου και σκόνης, αποτελούμενο κυρίως από μοριακό υδρογόνο, το οποίο, υπό την επίδραση της δικής του βαρύτητας, συμπιέστηκε αργά και παραμορφώθηκε μέχρι να μετατραπεί σε επίπεδο δίσκο. Είναι πιθανό να υπήρχε επίσης ένας πατέρας με τη μορφή ενός κοσμικού γεγονότος, το οποίο αύξησε τη βαρυτική αστάθεια του νέφους και προκάλεσε την κατάρρευσή του (αυτό θα μπορούσε να είναι μια συνάντηση με ένα τεράστιο αστέρι ή μια έκρηξη σουπερνόβα). Στο κέντρο του δίσκου, μια σφαίρα από φωτεινό πλάσμα εμφανίστηκε με επιφανειακή θερμοκρασία αρκετών χιλιάδων βαθμών, μετατρέποντας μέρος της βαρυτικής του ενέργειας σε θερμότητα.

Το νεογέννητο αστέρι συνέχισε να συρρικνώνεται, θερμαίνοντας τα βάθη του όλο και περισσότερο. Μετά από αρκετά εκατομμύρια χρόνια, η θερμοκρασία τους έφτασε τους 10 εκατομμύρια βαθμούς Κελσίου και εκεί ξεκίνησαν αυτοσυντηρούμενες αντιδράσεις θερμοπυρηνικής σύντηξης. Ο νεαρός πρωτόσταρ μετατράπηκε σε ένα κανονικό αστέρι της κύριας ακολουθίας. Η ύλη της κοντινής και της μακρινής περιφέρειας του δίσκου συμπυκνώθηκε σε ψυχρά σώματα - πλανήτες και πλανητοειδή.

Επί του παρόντος, οι ηλιακοί ερευνητές διαθέτουν μια εξαιρετικά ισχυρή τεχνική για τη μελέτη της συναγωγής ζώνης - ηλιοσεισμολογία. «Αυτή είναι μια μέθοδος μελέτης του Ήλιου αναλύοντας τις ταλαντώσεις του, τις κάθετες ταλαντώσεις της ηλιακής επιφάνειας, τυπικές περίοδοι των οποίων είναι αρκετά λεπτά», εξηγεί ο Alexander Kosovichev, ανώτερος ερευνητής στο Πανεπιστήμιο του Στάνφορντ. — Άνοιξαν στις αρχές της δεκαετίας του 1960. Συγκεκριμένα, το προσωπικό του Αστροφυσικού Παρατηρητηρίου της Κριμαίας, με επικεφαλής τον ακαδημαϊκό Severny, έκανε πολλά σε αυτόν τον τομέα. Οι ταλαντώσεις διεγείρονται από την τυρβώδη συναγωγή στα σχεδόν επιφανειακά στρώματα του Ήλιου. Κατά τη διάρκεια αυτών των διεργασιών, δημιουργούνται ηχητικά κύματα που διαδίδονται μέσα στον Ήλιο. Καθορίζοντας τα χαρακτηριστικά αυτών των κυμάτων, λαμβάνουμε πληροφορίες που μας επιτρέπουν να βγάλουμε συμπεράσματα για την εσωτερική δομή του Ήλιου και τους μηχανισμούς με τους οποίους δημιουργούνται τα μαγνητικά πεδία. Η ηλιοσεισμολογία έχει ήδη καταστήσει δυνατό τον προσδιορισμό του βάθους της ζώνης μεταφοράς, την αποσαφήνιση της φύσης της περιστροφής των ηλιακών στρωμάτων και την αποσαφήνιση των ιδεών μας σχετικά με την εμφάνιση ηλιακών κηλίδων, που είναι στην πραγματικότητα συστάδες ενός μαγνητικού πεδίου. Γνωρίζουμε τώρα ότι ένα ηλιακό δυναμό είναι πολύ διαφορετικό από ένα πλανητικό δυναμό επειδή λειτουργεί σε ένα εξαιρετικά ταραχώδες περιβάλλον. Δημιουργεί τόσο ένα παγκόσμιο διπολικό πεδίο όσο και πολλά τοπικά πεδία. Οι μηχανισμοί αλληλεπίδρασης μεταξύ πεδίων διαφορετικής κλίμακας δεν είναι ακόμη γνωστοί· μένει να διευκρινιστούν. Γενικά, αυτή η επιστήμη έχει μεγάλο μέλλον».

Εδώ είναι μερικά στοιχεία διαβατηρίου της Sun. Ηλικία - 4,59 δισεκατομμύρια χρόνια. βάρος - 1,989x1030 kg; μέση ακτίνα - 696.000 km. μέση πυκνότητα - 1,409 g/cm 3 (η πυκνότητα της γήινης ύλης είναι τέσσερις φορές μεγαλύτερη). αποτελεσματική θερμοκρασία επιφάνειας (υπολογισμένη με την υπόθεση ότι ο Ήλιος ακτινοβολεί ως απολύτως μαύρο σώμα) - 5503˚С (σε όρους απόλυτης θερμοκρασίας - 5778 Kelvins). συνολική ισχύς ακτινοβολίας - 3,83x1023 kW.

Η επιφάνεια του Ήλιου (φωτόσφαιρα), ακόμη και σε ήρεμη κατάσταση, όταν παρατηρείται μέσω τηλεσκοπίου (φυσικά, προστατευμένη από ειδικό φίλτρο), μοιάζει με ένα σύνολο κόκκων ή με κηρήθρα. Αυτή η δομή ονομάζεται ηλιακή κοκκοποίηση. Σχηματίζεται λόγω της μεταφοράς, δηλαδή της θερμικής κυκλοφορίας των ροών αερίου - το ζεστό αέριο «επιπλέει» και το κρύο αέριο βυθίζεται στα όρια των κόκκων, τα οποία είναι ορατά ως σκοτεινές περιοχές. Το τυπικό μέγεθος των κόκκων είναι περίπου 1000 km. Στο σχήμα - μια ανεστραμμένη εικόνα υπολογιστή που υπολογίζεται χρησιμοποιώντας το φαινόμενο Doppler - η κίνηση των ροών αερίου από τον παρατηρητή απεικονίζεται σε ανοιχτούς τόνους, προς τον παρατηρητή - σε σκοτεινούς τόνους. Στα αριστερά είναι μια σύνθετη εικόνα (από πάνω και αριστερόστροφα): η εσωτερική δομή του Ήλιου με τον πυρήνα και τη ζώνη μεταφοράς. φωτόσφαιρα με σκοτεινό σημείο. χρωμόσφαιρα? ηλιακή έκλαμψη; πάνω δεξιά είναι ένα περίοπτο.

Δεδομένου ότι ο Ήλιος δεν περιστρέφεται γύρω από τον άξονά του ως ενιαίο σύνολο, δεν έχει αυστηρά καθορισμένες ημέρες. Η επιφάνεια της ισημερινής της ζώνης κάνει μια πλήρη περιστροφή σε 27 γήινες ημέρες και οι πολικές ζώνες - σε 35 ημέρες. Η αξονική περιστροφή του ηλιακού εσωτερικού είναι ακόμη πιο περίπλοκη και είναι ακόμα άγνωστη σε όλες τις λεπτομέρειες.

Στη χημική σύνθεση της ηλιακής ύλης κυριαρχούν φυσικά το υδρογόνο (περίπου το 72% της μάζας) και το ήλιο (26%). Λίγο λιγότερο από ένα τοις εκατό είναι οξυγόνο, 0,4% είναι άνθρακας και περίπου 0,1% νέον. Αν εκφράσουμε αυτές τις αναλογίες στον αριθμό των ατόμων, αποδεικνύεται ότι ανά εκατομμύριο άτομα υδρογόνου υπάρχουν 98.000 άτομα ηλίου, 850 άτομα οξυγόνου, 360 άτομα άνθρακα, 120 άτομα νέον, 110 άτομα αζώτου και 40 άτομα σιδήρου και πυριτίου το καθένα.

Ηλιακή μηχανική

Η πολυεπίπεδη δομή του Ήλιου συχνά συγκρίνεται με ένα κρεμμύδι. Αυτή η αναλογία δεν είναι πολύ επιτυχημένη, αφού τα ίδια τα στρώματα διαπερνούν ισχυρές κάθετες ροές ύλης και ενέργειας. Αλλά σε μια πρώτη προσέγγιση είναι αποδεκτό. Ο ήλιος λάμπει λόγω της θερμοπυρηνικής ενέργειας που παράγεται στον πυρήνα του. Η θερμοκρασία εκεί φτάνει τους 15 εκατομμύρια βαθμούς Κελσίου, η πυκνότητα - 160 g/cm 3, η πίεση - 3,4x1011 atm. Κάτω από αυτές τις κολασμένες συνθήκες, λαμβάνουν χώρα αρκετές αλυσίδες θερμοπυρηνικών αντιδράσεων, που συνθέτουν τον κύκλο πρωτονίου-πρωτονίου (κύκλος p-p). Οφείλει το όνομά του στην αρχική αντίδραση όπου δύο πρωτόνια συγκρούονται και παράγουν έναν πυρήνα δευτερίου, ένα ποζιτρόνιο και ένα νετρίνο ηλεκτρονίων.

Κατά τη διάρκεια αυτών των μετασχηματισμών (και υπάρχουν πολλοί από αυτούς), καίγεται υδρογόνο και γεννιούνται διάφορα ισότοπα τέτοιων στοιχείων του Περιοδικού Πίνακα όπως το ήλιο, το βηρύλλιο, το λίθιο και το βόριο. Τα τρία τελευταία στοιχεία εισέρχονται σε πυρηνικές αντιδράσεις ή διασπώνται, αλλά το ήλιο παραμένει - ή μάλλον, το κύριο ισότοπό του, το ήλιο-4, παραμένει. Ως αποτέλεσμα, αποδεικνύεται ότι τέσσερα πρωτόνια δημιουργούν έναν πυρήνα ηλίου, δύο ποζιτρόνια και δύο νετρίνα. Τα ποζιτρόνια εκμηδενίζονται αμέσως με ηλεκτρόνια και τα νετρίνα φεύγουν από τον Ήλιο, πρακτικά χωρίς να αντιδρούν με την ύλη του. Κάθε αντίδραση κύκλου p-p απελευθερώνει 26,73 μεγαηλεκτρονβολτ με τη μορφή κινητικής ενέργειας των δημιουργούμενων σωματιδίων και ακτινοβολίας γάμμα.

Εάν το πρωτοηλιακό νέφος αποτελούνταν αποκλειστικά από στοιχεία που δημιουργήθηκαν κατά τη Μεγάλη Έκρηξη (υδρογόνο και ήλιο-4 με πολύ μικρή ανάμειξη δευτερίου, ηλίου-3 και λιθίου-7), τότε αυτές οι αντιδράσεις θα είχαν τελειώσει τα πάντα. Ωστόσο, η σύνθεση της πρωτοηλιακής ύλης ήταν πολύ πιο πλούσια, αδιαμφισβήτητη απόδειξη του οποίου είναι τουλάχιστον η παρουσία σιδήρου στην ηλιακή ατμόσφαιρα. Αυτό το στοιχείο, όπως και οι πιο κοντινοί του γείτονες στον περιοδικό πίνακα, γεννιέται μόνο στα βάθη των πολύ μεγαλύτερων αστεριών, όπου οι θερμοκρασίες φτάνουν τους δισεκατομμύρια βαθμούς. Ο ήλιος δεν είναι ένα από αυτά. Εάν ο σίδηρος εξακολουθεί να υπάρχει εκεί, είναι μόνο επειδή το πρωτεύον νέφος ήταν ήδη μολυσμένο με αυτό το μέταλλο και πολλά άλλα στοιχεία. Όλοι τους σχηματίστηκαν στους πυρηνικούς κλιβάνους γιγάντων αστεριών προηγούμενων γενεών, που εξερράγησαν ως σουπερνόβα και σκόρπισαν τα προϊόντα της δημιουργικής τους δραστηριότητας σε όλο το διάστημα.

Αυτή η περίσταση δεν αλλάζει πολύ το παραπάνω σχήμα ενδοηλιακής θερμοπυρηνικής σύντηξης, αλλά εξακολουθεί να εισάγει ορισμένες τροποποιήσεις σε αυτό. Το γεγονός είναι ότι στους 15 εκατομμύρια βαθμούς, το υδρογόνο μπορεί να μετατραπεί σε ήλιο στον κύκλο άνθρακα-αζώτου-οξυγόνου (κύκλος CNO). Στην αρχή του, ένα πρωτόνιο συγκρούεται με έναν πυρήνα άνθρακα-12 και δημιουργεί έναν πυρήνα αζώτου-13 και ένα κβάντο ακτίνων γάμμα. Το άζωτο διασπάται σε έναν πυρήνα άνθρακα-13, ένα ποζιτρόνιο και ένα νετρίνο. Ο βαρύς πυρήνας άνθρακα και πάλι συγκρούεται με ένα πρωτόνιο, από το οποίο παράγεται το άζωτο-14 συν μια ακτίνα γάμμα. Το άζωτο καταπίνει το τρίτο πρωτόνιο, απελευθερώνοντας ένα γάμμα κβάντο και οξυγόνο-15, το οποίο μετατρέπεται σε άζωτο-15, ποζιτρόνιο και νετρίνο. Ο πυρήνας του αζώτου συλλαμβάνει το τελευταίο, τέταρτο πρωτόνιο και διασπάται σε πυρήνες άνθρακα-12 και ηλίου-4. Η συνολική ισορροπία είναι ίδια με τον πρώτο κύκλο: τέσσερα πρωτόνια στην αρχή, ένα σωματίδιο άλφα (γνωστός και ως πυρήνας ηλίου-4), ένα ζεύγος ποζιτρονίων και ένα ζεύγος νετρίνων στο τέλος. Επιπλέον, φυσικά, η ίδια παραγωγή ενέργειας, σχεδόν 27 MeV. Όσο για τον άνθρακα-12, δεν καταναλώνεται καθόλου σε αυτόν τον κύκλο· εξαφανίζεται στην πρώτη αντίδραση και εμφανίζεται ξανά στην τελευταία. Αυτό δεν είναι καύσιμο, αλλά καταλύτης.

Ο ήλιος περιστρέφεται γύρω από τον άξονά του, αλλά όχι ως ενιαίο σύνολο. Το σχήμα δείχνει ένα μοντέλο υπολογιστή που βασίζεται σε μετρήσεις Doppler της ταχύτητας περιστροφής μεμονωμένων τμημάτων του Ήλιου που συλλέγονται από το διαστημικό παρατηρητήριο SOHO (Solar Heliospheric Observatory). Το χρώμα υποδεικνύει την ταχύτητα περιστροφής (με φθίνουσα σειρά: κόκκινο, κίτρινο, πράσινο, μπλε). Περιοχές θερμού πλάσματος που κινούνται με διαφορετικές ταχύτητες σχηματίζουν «κορδέλες», στα όρια των οποίων προκύπτουν διαταραχές των τοπικών μαγνητικών πεδίων, με αποτέλεσμα να εμφανίζονται συχνότερα εδώ οι ηλιακές κηλίδες.

Οι αντιδράσεις του κύκλου CNO μέσα στον Ήλιο είναι μάλλον υποτονικές και παρέχουν μόνο το ενάμισι τοις εκατό της συνολικής παραγωγής ενέργειας. Ωστόσο, δεν πρέπει να λησμονηθούν, έστω και μόνο επειδή διαφορετικά η υπολογισμένη ισχύς της ηλιακής ροής νετρίνων θα υποτιμηθεί. Τα μυστήρια της ακτινοβολίας νετρίνων του Ήλιου είναι πολύ ενδιαφέροντα, αλλά αυτό είναι ένα εντελώς ανεξάρτητο θέμα που δεν εντάσσεται στο πεδίο εφαρμογής αυτού του άρθρου.

Ο πυρήνας του πολύ νεαρού Ήλιου αποτελούνταν από 72% υδρογόνο. Οι υπολογισμοί του μοντέλου έδειξαν ότι τώρα αντιπροσωπεύει μόνο το 35% της μάζας της κεντρικής ζώνης του πυρήνα και το 65% της περιφερειακής ζώνης. Τίποτα δεν μπορεί να γίνει, ακόμη και τα πυρηνικά καύσιμα καίγονται. Ωστόσο, θα διαρκέσει δισεκατομμύρια για άλλα πέντε χρόνια. Οι διεργασίες στον θερμοπυρηνικό κλίβανο του Ήλιου συγκρίνονται μερικές φορές με την έκρηξη μιας βόμβας υδρογόνου, αλλά η ομοιότητα εδώ είναι πολύ υπό όρους. Δεκάδες κιλά ισχυρών πυρηνικών βομβών έχουν απόδοση μεγατόνων και δεκάδες μεγατόνων ισοδύναμο TNT. Αλλά ο ηλιακός πυρήνας, με όλη τη γιγάντια μάζα του, παράγει μόνο περίπου εκατό δισεκατομμύρια μεγατόνους ανά δευτερόλεπτο. Είναι εύκολο να υπολογιστεί ότι η μέση παραγωγή ενέργειας είναι έξι μικροβάτ ανά κιλό - το ανθρώπινο σώμα παράγει θερμότητα 200.000 φορές πιο ενεργά. Η ηλιακή θερμοπυρηνική σύντηξη δεν "εκρήγνυται", αλλά αργά, σιγά σιγά "καίγει" - στη μεγάλη μας ευτυχία.

Ακτινοβόλος μεταφορά

Το εξωτερικό όριο του πυρήνα είναι περίπου 150.000 km από το κέντρο του Ήλιου (ακτίνα 0,2). Σε αυτή τη ζώνη η θερμοκρασία πέφτει στους 9 εκατομμύρια βαθμούς. Με την επακόλουθη ψύξη, οι αντιδράσεις του κύκλου πρωτονίου-πρωτονίου σταματούν - τα πρωτόνια δεν έχουν αρκετή κινητική ενέργεια για να ξεπεράσουν την ηλεκτροστατική απώθηση και να συντηχθούν σε έναν πυρήνα δευτερίου. Οι αντιδράσεις του κύκλου CNO δεν συμβαίνουν ούτε εκεί, αφού το κατώφλι θερμοκρασίας τους είναι ακόμη υψηλότερο. Επομένως, στο όριο του πυρήνα, η ηλιακή θερμοπυρηνική σύντηξη εξαφανίζεται.

Ένα τρισδιάστατο μοντέλο μιας ηλιακής κηλίδας, που χτίστηκε με βάση τα δεδομένα που ελήφθησαν χρησιμοποιώντας ένα από τα όργανα (Michelson Doppler Imager) του διαστημικού παρατηρητηρίου SOHO (Solar and Heliospheric Observatory). Το ανώτερο επίπεδο είναι η επιφάνεια του Ήλιου, το κάτω επίπεδο περνά σε βάθος 22 χιλιομέτρων. Το κάθετο επίπεδο τομής επεκτείνεται σε 24 χιλιάδες χιλιόμετρα. Τα χρώματα υποδεικνύουν περιοχές με διαφορετικές ταχύτητες ήχου (με φθίνουσα σειρά - από κόκκινο σε μπλε έως μαύρο). Τα ίδια τα σημεία είναι μέρη όπου ισχυρά μαγνητικά πεδία εισέρχονται στην ηλιακή ατμόσφαιρα. Είναι ορατές ως περιοχές ψυχρότερων θερμοκρασιών στην επιφάνεια του Ήλιου, που συνήθως περιβάλλονται από θερμότερες ενεργές περιοχές που ονομάζονται faculae. Ο αριθμός των κηλίδων στον Ήλιο αλλάζει με μια περίοδο 11 ετών (όσο περισσότερες είναι, τόσο μεγαλύτερη είναι η δραστηριότητα του Ήλιου).

Ο πυρήνας περιβάλλεται από ένα παχύ σφαιρικό στρώμα, το οποίο καταλήγει σε κατακόρυφο σημάδι 0,7 ηλιακών ακτίνων. Αυτή είναι η ζώνη ακτινοβολίας. Γεμίζει με πλάσμα υδρογόνου-ηλίου, η πυκνότητα του οποίου μειώνεται εκατό φορές καθώς μετακινείται από το εσωτερικό όριο της ζώνης προς το εξωτερικό, από 20 σε 0,2 g/cm 3 . Αν και τα εξωτερικά στρώματα πλάσματος είναι ψυχρότερα από τα εσωτερικά, η κλίση θερμοκρασίας εκεί δεν είναι τόσο μεγάλη ώστε να προκύπτουν κάθετες ροές ύλης που μεταφέρουν θερμότητα από τα κατώτερα στρώματα στα ανώτερα (αυτός ο μηχανισμός μεταφοράς θερμότητας ονομάζεται συναγωγή). Δεν υπάρχει και δεν μπορεί να υπάρξει καμία μεταφορά στο υπερπυρηνικό στρώμα. Η ενέργεια που απελευθερώνεται στον πυρήνα διέρχεται από αυτόν με τη μορφή κβαντών ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας.

Πώς συμβαίνει αυτό; Τα κβάντα γάμμα που δημιουργούνται στο κέντρο του πυρήνα διασκορπίζονται στην ουσία του, χάνοντας σταδιακά ενέργεια. Φτάνουν στο όριο του πυρήνα με τη μορφή μαλακών ακτίνων Χ (μήκος κύματος της τάξης του ενός νανόμετρο και ενέργεια 400−1300 eV). Το πλάσμα εκεί είναι σχεδόν αδιαφανές γι' αυτά· τα φωτόνια μπορούν να ταξιδέψουν μόνο ένα κλάσμα του εκατοστού μέσα σε αυτό. Όταν συγκρούονται με ιόντα υδρογόνου και ηλίου, τα κβάντα τους δίνουν την ενέργειά τους, η οποία εν μέρει δαπανάται για τη διατήρηση της κινητικής ενέργειας των σωματιδίων στο ίδιο επίπεδο και εν μέρει επανεκπέμπεται με τη μορφή νέων κβάντων μεγαλύτερου μήκους. Έτσι τα φωτόνια διαχέονται σταδιακά μέσα στο πλάσμα, πεθαίνουν και ξαναγεννιούνται. Τα περιπλανώμενα κβάντα ταξιδεύουν προς τα πάνω (όπου η ύλη είναι λιγότερο πυκνή) πιο εύκολα παρά προς τα κάτω, και επομένως η ακτινοβολούμενη ενέργεια ρέει από τα βάθη της ζώνης στο εξωτερικό της όριο.

Δεδομένου ότι η ύλη είναι ακίνητη στη ζώνη μεταφοράς ακτινοβολίας, περιστρέφεται γύρω από τον ηλιακό άξονα ως ενιαίο σύνολο. Αλλά μόνο για την ώρα. Καθώς τα φωτόνια ταξιδεύουν προς την επιφάνεια του Ήλιου, διανύουν όλο και μεγαλύτερες αποστάσεις μεταξύ των συγκρούσεων με ιόντα. Αυτό σημαίνει ότι η διαφορά στην κινητική ενέργεια της εκπομπής και της απορρόφησης σωματιδίων αυξάνεται συνεχώς, επειδή η ηλιακή ύλη σε μεγαλύτερα βάθη είναι θερμότερη από ό,τι σε πιο ρηχά. Ως αποτέλεσμα, το πλάσμα αποσταθεροποιείται και δημιουργούνται σε αυτό συνθήκες για τη φυσική κίνηση της ύλης. Η ζώνη μεταφοράς ακτινοβολίας μετατρέπεται σε ζώνη μεταφοράς.

Φωτογραφία του ηλιακού στέμματος που τραβήχτηκε κατά τη διάρκεια της ολικής έκλειψης ηλίου της 26ης Φεβρουαρίου 1998. Το στέμμα είναι το εξωτερικό μέρος της ηλιακής ατμόσφαιρας, που αποτελείται από σπάνιο υδρογόνο που θερμαίνεται σε θερμοκρασία περίπου ενός εκατομμυρίου βαθμών Κελσίου. Τα χρώματα στην εικόνα είναι συνθετικά και υποδεικνύουν τη φθίνουσα φωτεινότητα του στέμματος καθώς απομακρύνεται από τον Ήλιο (το μπλε και το ροζ σημείο στο κέντρο είναι η Σελήνη).

Ζώνη μεταφοράς

Ξεκινά σε βάθος 0,3 ακτίνων και εκτείνεται μέχρι την επιφάνεια του Ήλιου (ή μάλλον, την ατμόσφαιρά του). Η βάση του θερμαίνεται στους 2 εκατομμύρια βαθμούς, ενώ η θερμοκρασία του εξωτερικού ορίου δεν φτάνει ούτε τους 6000˚C. Διαχωρίζεται από την ακτινωτή ζώνη με ένα λεπτό ενδιάμεσο στρώμα - την ταχοκλίνη. Τα πιο ενδιαφέροντα, αλλά όχι ακόμα καλά μελετημένα πράγματα συμβαίνουν σε αυτό. Σε κάθε περίπτωση, υπάρχει λόγος να πιστεύουμε ότι οι ροές πλάσματος που κινούνται στην ταχοκλίνη συμβάλλουν κυρίως στο σχηματισμό του ηλιακού μαγνητικού πεδίου. Είναι εύκολο να υπολογίσουμε ότι η ζώνη μεταφοράς καταλαμβάνει περίπου τα δύο τρίτα του όγκου του Ήλιου. Ωστόσο, η μάζα του είναι πολύ μικρή - μόνο το δύο τοις εκατό του Ήλιου. Αυτό είναι φυσικό, γιατί η ηλιακή ύλη αναπόφευκτα σπανίζει καθώς απομακρύνεται από το κέντρο. Στο κάτω όριο της ζώνης, η πυκνότητα του πλάσματος είναι 0,2 της πυκνότητας του νερού και κατά την είσοδο στην ατμόσφαιρα μειώνεται στο 0,0001 της πυκνότητας του αέρα της γης πάνω από το επίπεδο της θάλασσας.

Η ύλη στη συναγωγική ζώνη κινείται με πολύ συγκεχυμένο τρόπο. Από τη βάση του ανεβαίνουν ισχυρά αλλά αργά ρεύματα θερμού πλάσματος (εκατό χιλιάδες χιλιόμετρα σε διάμετρο), η ταχύτητα των οποίων δεν ξεπερνά τα λίγα εκατοστά το δευτερόλεπτο. Όχι τόσο ισχυροί πίδακες λιγότερο θερμαινόμενου πλάσματος κατεβαίνουν προς το μέρος τους, η ταχύτητα των οποίων μετριέται ήδη σε μέτρα ανά δευτερόλεπτο. Σε βάθος αρκετών χιλιάδων χιλιομέτρων, το αυξανόμενο πλάσμα υψηλής θερμοκρασίας χωρίζεται σε γιγάντια κύτταρα. Τα μεγαλύτερα από αυτά έχουν γραμμικές διαστάσεις περίπου 30-35 χιλιάδων χιλιομέτρων - ονομάζονται υπερκόκκοι. Πιο κοντά στην επιφάνεια, σχηματίζονται μεσοκόκκοι με χαρακτηριστικό μέγεθος 5000 km και ακόμη πιο κοντά - κόκκοι 3-4 φορές μικρότεροι. Οι υπερκόκκοι ζουν για περίπου μια μέρα, οι κόκκοι συνήθως όχι περισσότερο από ένα τέταρτο της ώρας. Όταν αυτά τα προϊόντα της συλλογικής κίνησης του πλάσματος φτάσουν στην ηλιακή επιφάνεια, είναι εύκολα ορατά μέσω ενός τηλεσκοπίου με ένα ειδικό φίλτρο.

Ατμόσφαιρα

Είναι αρκετά περίπλοκο. Όλο το ηλιακό φως πηγαίνει στο διάστημα από το χαμηλότερο επίπεδο του, το οποίο ονομάζεται φωτόσφαιρα. Η κύρια πηγή φωτός είναι το κατώτερο στρώμα της φωτόσφαιρας, πάχους 150 km. Το πάχος ολόκληρης της φωτόσφαιρας είναι περίπου 500 km. Κατά μήκος αυτής της κατακόρυφης, η θερμοκρασία του πλάσματος μειώνεται από 6400 σε 4400 Κ.

Στη φωτόσφαιρα εμφανίζονται συνεχώς περιοχές χαμηλής θερμοκρασίας (έως 3700 Κ), οι οποίες λάμπουν πιο αδύναμα και ανιχνεύονται με τη μορφή σκοτεινών κηλίδων. Ο αριθμός των ηλιακών κηλίδων ποικίλλει με περίοδο 11 ετών, αλλά ποτέ δεν καλύπτουν περισσότερο από το 0,5% του ηλιακού δίσκου.

Πάνω από τη φωτόσφαιρα βρίσκεται το χρωμοσφαιρικό στρώμα και ακόμη ψηλότερα το ηλιακό στέμμα. Η ύπαρξη της κορώνας είναι γνωστή από αμνημονεύτων χρόνων, καθώς είναι ξεκάθαρα ορατή κατά τις ολικές εκλείψεις ηλίου. Η χρωμόσφαιρα ανακαλύφθηκε σχετικά πρόσφατα, μόλις στα μέσα του 19ου αιώνα. Στις 18 Ιουλίου 1851, εκατοντάδες αστρονόμοι συγκεντρώθηκαν στη Σκανδιναβία και τις γύρω χώρες παρακολούθησαν τη Σελήνη να καλύπτει τον ηλιακό δίσκο. Λίγα δευτερόλεπτα πριν την εμφάνιση του κορώνα και λίγο πριν το τέλος της ολικής φάσης της έκλειψης, οι επιστήμονες παρατήρησαν ένα λαμπερό κόκκινο μισοφέγγαρο στην άκρη του δίσκου. Κατά τη διάρκεια της έκλειψης του 1860, ήταν δυνατό όχι μόνο να εξεταστούν καλύτερα τέτοιες εκλάμψεις, αλλά και να ληφθούν τα φασματογράμματά τους. Εννέα χρόνια αργότερα, ο Άγγλος αστρονόμος Norman Lockyer ονόμασε αυτή τη ζώνη χρωμόσφαιρα.

Η πυκνότητα της χρωμόσφαιρας είναι εξαιρετικά χαμηλή ακόμη και σε σύγκριση με τη φωτόσφαιρα, μόνο 10−100 δισεκατομμύρια σωματίδια ανά 1 cm³. Αλλά θερμαίνεται πιο έντονα - έως και 20.000˚C. Στη χρωμόσφαιρα παρατηρούνται συνεχώς σκούρες επιμήκεις δομές - χρωμοσφαιρικά νημάτια (είδος αυτών είναι οι γνωστές προεξοχές). Είναι συστάδες πυκνότερου και ψυχρότερου πλάσματος, που ανασηκώνονται από τη φωτόσφαιρα με βρόχους μαγνητικού πεδίου. Είναι επίσης ορατές περιοχές αυξημένης φωτεινότητας - κροκκίδες. Και τέλος, επιμήκεις δομές πλάσματος - spicules - εμφανίζονται συνεχώς στη χρωμόσφαιρα και εξαφανίζονται μετά από λίγα λεπτά. Πρόκειται για ένα είδος υπερυψώσεων κατά μήκος των οποίων η ύλη ρέει από τη φωτόσφαιρα προς το στέμμα.

Η μελλοντική μοίρα του αστεριού μας εξαρτάται άμεσα από τις διεργασίες στο ηλιακό εσωτερικό. Καθώς τα αποθέματα υδρογόνου μειώνονται, ο πυρήνας συστέλλεται σταδιακά και θερμαίνεται, γεγονός που αυξάνει τη φωτεινότητα του Ήλιου. Από τότε που έγινε αστέρι της κύριας ακολουθίας, έχει ήδη αυξηθεί κατά 25-30% - και αυτή η διαδικασία θα συνεχιστεί. Σε περίπου 5 δισεκατομμύρια χρόνια, η θερμοκρασία του πυρήνα θα φτάσει τους εκατοντάδες εκατομμύρια βαθμούς και στη συνέχεια το ήλιο θα αναφλεγεί στο κέντρο του (με το σχηματισμό άνθρακα και οξυγόνου). Αυτή τη στιγμή, το υδρογόνο θα καεί στην περιφέρεια και η ζώνη καύσης του θα μετακινηθεί ελαφρώς προς την επιφάνεια. Ο Ήλιος θα χάσει την υδροστατική του σταθερότητα, τα εξωτερικά του στρώματα θα διογκωθούν πολύ και θα μετατραπεί σε έναν γιγάντιο, αλλά όχι ιδιαίτερα φωτεινό, φωτεινό - έναν κόκκινο γίγαντα. Η φωτεινότητα αυτού του γίγαντα θα είναι δύο τάξεις μεγέθους μεγαλύτερη από την τρέχουσα φωτεινότητα του Ήλιου, αλλά η διάρκεια ζωής του θα είναι πολύ μικρότερη. Στο κέντρο του πυρήνα του, θα συσσωρευτεί γρήγορα μεγάλη ποσότητα άνθρακα και οξυγόνου, τα οποία δεν θα μπορούν πλέον να φουντώσουν - δεν θα υπάρχει αρκετή θερμοκρασία. Το εξωτερικό στρώμα ηλίου θα συνεχίσει να καίγεται, σταδιακά επεκτείνοντας και επομένως ψύχοντας. Ο ρυθμός της θερμοπυρηνικής καύσης του ηλίου αυξάνεται εξαιρετικά γρήγορα με την αύξηση της θερμοκρασίας και πέφτει με τη μείωση της θερμοκρασίας. Επομένως, τα εσωτερικά του κόκκινου γίγαντα θα αρχίσουν να πάλλονται δυνατά και στο τέλος μπορεί να φτάσει στο σημείο η ατμόσφαιρά του να εκτοξευθεί στον περιβάλλοντα χώρο με ταχύτητα δεκάδων χιλιομέτρων το δευτερόλεπτο. Πρώτον, το διαστελλόμενο αστρικό κέλυφος, υπό την επίδραση της ιονίζουσας υπεριώδους ακτινοβολίας από τα υποκείμενα αστρικά στρώματα, θα λάμψει έντονα με μπλε και πράσινο φως - σε αυτό το στάδιο ονομάζεται πλανητικό νεφέλωμα. Αλλά μετά από χιλιάδες ή, το πολύ, δεκάδες χιλιάδες χρόνια, το νεφέλωμα θα κρυώσει, θα σκοτεινιάσει και θα διαλυθεί στο διάστημα. Όσον αφορά τον πυρήνα, ο μετασχηματισμός των στοιχείων θα σταματήσει εντελώς και θα λάμπει μόνο λόγω της συσσωρευμένης θερμικής ενέργειας, ψύχοντας και ξεθωριάζοντας όλο και περισσότερο. Δεν θα μπορεί να καταρρεύσει σε αστέρι νετρονίων ή μαύρη τρύπα· δεν θα υπάρχει αρκετή μάζα. Τέτοια υπολείμματα ψύξης από αστέρια ηλιακού τύπου που πέθαναν στο Bose ονομάζονται λευκοί νάνοι.

Το στέμμα είναι το πιο ζεστό μέρος της ατμόσφαιρας, η θερμοκρασία του φτάνει πολλά εκατομμύρια βαθμούς. Αυτή η θέρμανση μπορεί να εξηγηθεί χρησιμοποιώντας διάφορα μοντέλα που βασίζονται στις αρχές της μαγνητοϋδροδυναμικής. Δυστυχώς, όλες αυτές οι διαδικασίες είναι πολύ περίπλοκες και πολύ κακώς μελετημένες. Το στέμμα είναι επίσης γεμάτο από διάφορες κατασκευές - τρύπες, βρόχους, σερπαντίνες.

Ηλιακά προβλήματα

Παρά το γεγονός ότι ο Ήλιος είναι το μεγαλύτερο και πιο ορατό αντικείμενο στον ουρανό της γης, υπάρχουν πολλά άλυτα προβλήματα στη φυσική του άστρου μας. «Γνωρίζουμε ότι ο μαγνητισμός του Ήλιου έχει εξαιρετικά ισχυρή επίδραση στη δυναμική της ατμόσφαιράς του - για παράδειγμα, δημιουργεί ηλιακές κηλίδες. Αλλά πώς προκύπτει και πώς εξαπλώνεται στο πλάσμα δεν έχει ακόμη διευκρινιστεί», απαντά ο Steven Keil, διευθυντής του Αμερικανικού Εθνικού Ηλιακού Παρατηρητηρίου, στην ερώτηση του PM. — Στη δεύτερη θέση θα έβαζα την αποκρυπτογράφηση του μηχανισμού των ηλιακών εκλάμψεων. Πρόκειται για βραχυπρόθεσμες, αλλά εξαιρετικά ισχυρές εκπομπές γρήγορων ηλεκτρονίων και πρωτονίων, σε συνδυασμό με τη δημιουργία εξίσου ισχυρών ρευμάτων ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας μεγάλης ποικιλίας μηκών κύματος. Έχουν συλλεχθεί εκτενείς πληροφορίες σχετικά με τα κρούσματα, αλλά δεν υπάρχουν ακόμη λογικά μοντέλα για την εμφάνισή τους. Τέλος, θα ήταν απαραίτητο να κατανοήσουμε με ποιους τρόπους η φωτόσφαιρα ενεργοποιεί το στέμμα και το θερμαίνει σε θερμοκρασίες που είναι τρεις τάξεις μεγέθους υψηλότερες από τη δική της θερμοκρασία. Και για αυτό, πρώτα απ 'όλα, είναι απαραίτητο να προσδιοριστούν σωστά οι παράμετροι των μαγνητικών πεδίων μέσα στο στέμμα, καθώς αυτές οι ποσότητες απέχουν πολύ από το να είναι πλήρως γνωστές».

Η θερμοκρασία της επιφάνειας του Ήλιου προσδιορίζεται με ανάλυση του ηλιακού φάσματος. Είναι γνωστό ότι είναι η πηγή ενέργειας για όλες τις φυσικές διεργασίες στη Γη· επομένως, οι επιστήμονες έχουν καθορίσει την ποσοτική αξία της θέρμανσης διαφόρων τμημάτων του άστρου μας.

Η ένταση της ακτινοβολίας σε επιμέρους χρωματικά μέρη του φάσματος αντιστοιχεί σε θερμοκρασία 6000 βαθμών. Αυτή είναι η θερμοκρασία της επιφάνειας ή της φωτόσφαιρας του Ήλιου.

Στα εξωτερικά στρώματα της ηλιακής ατμόσφαιρας - στη χρωμόσφαιρα και στο στέμμα - παρατηρούνται υψηλότερες θερμοκρασίες. Στο στέμμα είναι περίπου ένας έως δύο εκατομμύρια βαθμούς. Σε μέρη με ισχυρές εστίες, η θερμοκρασία για μικρό χρονικό διάστημα μπορεί να φτάσει ακόμη και τα πενήντα εκατομμύρια. Λόγω της υψηλής θέρμανσης στο στέμμα πάνω από την έκλαμψη, η ένταση των εκπομπών ακτίνων Χ και ραδιοφώνου αυξάνεται σημαντικά.

Υπολογισμοί της θέρμανσης του αστεριού μας

Η πιο σημαντική διαδικασία που συμβαίνει στον Ήλιο είναι η μετατροπή του υδρογόνου σε ήλιο. Αυτή η διαδικασία είναι η πηγή όλης της ενέργειας του Ήλιου.
Ο ηλιακός πυρήνας είναι πολύ πυκνός και πολύ ζεστός. Συχνά συμβαίνουν βίαιες συγκρούσεις ηλεκτρονίων, πρωτονίων και άλλων πυρήνων. Μερικές φορές οι συγκρούσεις των πρωτονίων είναι τόσο γρήγορες που, ξεπερνώντας τη δύναμη της ηλεκτρικής απώθησης, πλησιάζουν το ένα το άλλο στην απόσταση της διαμέτρου τους. Σε αυτή την απόσταση αρχίζει να δρα η πυρηνική δύναμη, με αποτέλεσμα τα πρωτόνια να ενώνονται και να απελευθερώνουν ενέργεια.

Τέσσερα πρωτόνια συνδυάζονται σταδιακά για να σχηματίσουν έναν πυρήνα ηλίου, με δύο πρωτόνια να μετατρέπονται σε νετρόνια, δύο θετικά φορτία να απελευθερώνονται με τη μορφή ποζιτρονίων και δύο ανεπαίσθητα ουδέτερα σωματίδια - τα νετρίνα - να εμφανίζονται. Όταν συναντούν ηλεκτρόνια, και τα δύο ποζιτρόνια μετατρέπονται σε φωτόνια ακτίνων γάμμα (εκμηδενισμός).

Η ενέργεια ηρεμίας ενός ατόμου ηλίου είναι μικρότερη από την ενέργεια ηρεμίας τεσσάρων ατόμων υδρογόνου.

Η διαφορά μάζας μετατρέπεται σε γάμμα φωτόνια και νετρίνα. Η συνολική ενέργεια όλων των παραγόμενων φωτονίων γάμμα και των δύο νετρίνων είναι 28 MeV. Οι επιστήμονες κατάφεραν να πάρουν εκπομπή φωτονίων.
Αυτή είναι η ποσότητα ενέργειας που εκπέμπει ο Ήλιος σε ένα δευτερόλεπτο. Αυτή η τιμή αντιπροσωπεύει τη δύναμη της ηλιακής ακτινοβολίας.

Θερμοκρασία στο εσωτερικό του Ήλιου

Ο προσδιορισμός των ιδιοτήτων της επιφάνειας του Ήλιου ήταν ένα τεράστιο επίτευγμα - με την πρώτη ματιά φαινόταν αδύνατο. Πόσο πιο δύσκολο λοιπόν, λέτε, πρέπει να είναι η μελέτη του εσωτερικού του Ήλιου!

Ωστόσο, ορισμένα συμπεράσματα για το εσωτερικό του Ήλιου είναι αρκετά εύκολο να εξαχθούν. Για παράδειγμα, γνωρίζουμε ότι η επιφάνεια του Ήλιου εκπέμπει συνεχώς μια τεράστια ποσότητα θερμότητας στο διάστημα, και όμως η θερμοκρασία του δεν αλλάζει.Είναι σαφές ότι αυτή η θερμότητα πρέπει να προέρχεται από μέσα με την ίδια ταχύτητα με την οποία ακτινοβολείται στο διάστημα , και προκύπτει ότι το εσωτερικό του Ήλιου πρέπει να είναι θερμότερο από την επιφάνειά του.

Επειδή η επιφάνεια του Ήλιου είναι ήδη τόσο ζεστή. ότι οποιεσδήποτε γνωστές ουσίες μετατρέπονται σε ατμό, και δεδομένου ότι οι εσωτερικές περιοχές του Ήλιου είναι ακόμη πιο ζεστές, το συμπέρασμα υποδηλώνει ότι ολόκληρος ο Ήλιος είναι αέριος, ότι είναι απλώς μια σφαίρα υπέρ-καυτού αερίου. Αν είναι έτσι, τότε μπορούμε να θεωρήσουμε ότι οι αστρονόμοι είναι πολύ τυχεροί, αφού οι ιδιότητες των αερίων είναι ευκολότερο να διαπιστωθούν από τις ιδιότητες των υγρών και των στερεών.

Στη δεκαετία του 20 του ΧΧ αιώνα. Το ζήτημα της εσωτερικής δομής του Ήλιου τέθηκε από τον Άγγλο αστρονόμο Arthur Stanley Eddington (1882-1944), με βάση την υπόθεση ότι τα αστέρια είναι μπάλες αερίου.

Ο Έντινγκτον υποστήριξε ότι ο Ήλιος είναι απλώς μια μπάλα αερίου, τότε εάν μόνο η δύναμη της δικής του βαρύτητας ενεργούσε πάνω του, θα συρρικνωθεί γρήγορα. Και αφού αυτό δεν συμβαίνει, σημαίνει ότι η δύναμη της βαρύτητας εξισορροπείται από κάποια άλλη δύναμη, η δράση της οποίας κατευθύνεται από μέσα προς τα έξω. Μια τέτοια δύναμη προς τα έξω θα μπορούσε να προκύψει από την τάση των αερίων να διαστέλλονται υπό την επίδραση της υψηλής θερμοκρασίας.

Με βάση τη μάζα του Ήλιου και τη βαρυτική του δύναμη, ο Έντινγκτον υπολόγισε το 1926 ποιες θερμοκρασίες χρειάζονταν για να εξισορροπηθεί η βαρυτική δύναμη σε διάφορα βάθη κάτω από την επιφάνεια του Ήλιου. Πήρε εκπληκτικά νούμερα. Η θερμοκρασία στο κέντρο του Ήλιου θα έπρεπε να έχει φτάσει σε μια γιγαντιαία τιμή των 15.000.000°C (σύμφωνα με σύγχρονους υπολογισμούς, είναι ακόμη υψηλότερη: 21.000.000°C!)

Παρά την εκπληκτική φύση αυτών των αποτελεσμάτων, οι περισσότεροι αστρονόμοι συμφώνησαν μαζί τους. Πρώτον, τέτοιες θερμοκρασίες ήταν απαραίτητες για να συμβεί η σύντηξη των ατόμων υδρογόνου. Αν και η επιφάνεια του Ήλιου είναι πολύ πιο δροσερή από ό,τι απαιτείται για αυτήν την αντίδραση, οι εσωτερικές περιοχές, σύμφωνα με Οι υπολογισμοί της Έντινγκτον αποδείχτηκαν σίγουρα αρκετά ζεστοί για εκείνη

Δεύτερον, ο συλλογισμός του Έντινγκτον βοήθησε να εξηγηθούν κάποια άλλα φαινόμενα. Ο ήλιος βρισκόταν σε μια κατάσταση λεπτής ισορροπίας μεταξύ της εσωτερικής δύναμης της βαρύτητας και της εξωτερικής δράσης της θερμοκρασίας. Τι γίνεται αν αυτή η κατάσταση ισορροπίας δεν είναι χαρακτηριστική για όλα τα αστέρια;

Ας υποθέσουμε ότι κάποιο αστέρι δεν είναι αρκετά ζεστό για να αντισταθεί στη συμπίεση υπό την επίδραση της βαρύτητας, ένα τέτοιο αστέρι θα συρρικνωθεί και ταυτόχρονα η βαρυτική ενέργεια (όπως τόνισε ο Helmholtz) θα μετατραπεί σε θερμική ενέργεια. Η εσωτερική θερμοκρασία θα ανέβαινε, οι δυνάμεις διαστολής θα αυξάνονταν και τελικά θα εξισορροπούσαν την πίεση που δημιουργείται από τη βαρύτητα. Ωστόσο, το αστέρι, από αδράνεια, θα συνέχιζε να συρρικνώνεται περαιτέρω - αλλά όλο και πιο αργά. Μέχρι να σταματήσει τελικά η συστολή, η θερμοκρασία θα ήταν ήδη πολύ υψηλότερη από αυτή που απαιτείται για να εξισορροπηθεί η βαρυτική δύναμη και το αστέρι θα άρχιζε να διαστέλλεται. Καθώς επεκτεινόταν, η θερμοκρασία θα έπεφτε και σύντομα θα έφτανε ξανά στο σημείο ισορροπίας.Ωστόσο, λόγω αδράνειας, η διαδικασία διαστολής δεν σταματούσε σε αυτό το σημείο - σταδιακά θα επιβραδύνθηκε, μετά θα σταματούσε και το αστέρι θα άρχιζε να συστέλλεται ξανά. Αυτός ο κύκλος θα επαναλαμβανόταν ξανά και ξανά - ατελείωτα.

Ένα τέτοιο αστέρι θα πάλλεται γύρω από κάποια θέση ισορροπίας, όπως ένα αιωρούμενο εκκρεμές ή ένα ελατήριο που αναπηδά. Κηφείδες

Αφού όλοι οι αστρονόμοι είχαν συμφωνήσει για τη θερμοκρασία και την πίεση στις εσωτερικές περιοχές του Ήλιου, έμεινε να καταλάβουμε τις διεργασίες που επέτρεψαν στο υδρογόνο κάτω από αυτές τις συνθήκες να μετατραπεί σε ήλιο με ρυθμό που θα ήταν αρκετός για να εξηγήσει τη συνολική ποσότητα της ηλιακής ακτινοβολίας . Το 1939, ο γερμανικής καταγωγής Αμερικανός φυσικός Hans Albrecht Bethe (γεννημένος το 1906) κατάφερε να αναπτύξει έναν κατάλληλο κύκλο πυρηνικής αντίδρασης. Η ταχύτητα εμφάνισής τους υπό τις συνθήκες που επικρατούν μέσα στον Ήλιο (σύμφωνα με θεωρητικούς υπολογισμούς και πειραματικά δεδομένα που ελήφθησαν σε επίγεια εργαστήρια) πληρούσε πλήρως αυτές τις απαιτήσεις

Έτσι, το ζήτημα της πηγής της ηλιακής ενέργειας, που έθεσε ο Χέλμχολτς στη δεκαετία του '40 του 19ου αιώνα, λύθηκε τελικά από τον Bethe σχεδόν 100 χρόνια αργότερα.

Και την ίδια στιγμή, η πιθανή διάρκεια ζωής του Ήλιου καθορίστηκε επίσης στα 100 δισεκατομμύρια χρόνια.

Ωστόσο, η αναζήτηση δεδομένων που επιβεβαιώνουν την παρουσία εξαιρετικά υψηλών θερμοκρασιών στο εσωτερικό του Ήλιου είχε μια απροσδόκητη παρενέργεια: η πλανητική υπόθεση της προέλευσης του ηλιακού συστήματος διαψεύστηκε.

Ρύζι. 22. Υπόθεση Weizsäcker

Ήταν δυνατό να πιστέψουμε ότι κάποιο μέρος της ύλης του χωρίστηκε από τον Ήλιο, ο οποίος στη συνέχεια συμπυκνώθηκε σε πλανήτες, εφόσον η θερμοκρασία της ηλιακής ύλης υπολογιζόταν σε αρκετές χιλιάδες βαθμούς. Αλλά μια θερμοκρασία πολλών εκατομμυρίων βαθμών είναι εντελώς διαφορετική υπόθεση!

Το 1939, ο Αμερικανός αστρονόμος Lyman Spitzer Jr. (γεννημένος το 1914) απέδειξε πειστικά ότι μια τέτοια υπερκαυτή ύλη δεν θα μπορούσε να συμπυκνωθεί σε πλανήτες, αλλά, αντίθετα, θα επεκταθεί γρήγορα στο νεφέλωμα αερίου που περιβάλλει τον Ήλιο και θα παρέμενε νεφέλωμα. .

Ως εκ τούτου, οι αστρονόμοι έπρεπε και πάλι να επιστρέψουν στην επίλυση του προβλήματος του σχηματισμού πλανητών από σχετικά ψυχρή ύλη. Έπρεπε και πάλι να σκεφτούν τα συρρικνωμένα νεφελώματα του παλαιού τύπου Laplace. Ωστόσο, τον 20ο αιώνα, πολλά ήταν ήδη γνωστά για το πώς θα συμπεριφερόταν ένα τέτοιο νεφέλωμα και για τις ηλεκτρικές και μαγνητικές δυνάμεις στις οποίες θα εκτεθεί μαζί με την επίδραση των βαρυτικών δυνάμεων.

Το 1943, ο Γερμανός αστρονόμος Carl Friedrich Weizsäcker (γενν. 1912) πρότεινε ότι το νεφέλωμα από το οποίο προέκυψε το ηλιακό σύστημα δεν περιστρέφεται ως ενιαία μονάδα. Αντίθετα, στα εξωτερικά του στρώματα, κατά τη γνώμη του, θα έπρεπε να σχηματίζονται κινήσεις στροβιλισμού με μικρότερες δίνες μέσα σε μεγαλύτερες. Όπου συναντώνται γειτονικές δίνες, τα σωματίδια θα συγκρούονταν, θα συγχωνεύονταν σε όλο και μεγαλύτερα σωματίδια και στη συνέχεια θα σχηματίζονταν εκεί πλανήτες. Με αυτόν τον τρόπο, ο Weizsäcker προσπάθησε να απαντήσει στις ερωτήσεις που προσπάθησε να απαντήσει ο Laplace και, επιπλέον, να εξηγήσει επίσης το μοτίβο στη διάταξη των πλανητικών τροχιών, την κατανομή της γωνιακής ορμής κ.λπ.

Η θεωρία του Weizsäcker έγινε δεκτή με ενθουσιασμό, αλλά οι ιδιαιτερότητές της προκάλεσαν μεγάλη διαμάχη. Εξακολουθούν να βρίσκονται σε εξέλιξη, και πολλοί αστρονόμοι έχουν προτείνει τις δικές τους εκδοχές, αλλά κανένας από αυτούς δεν έχει λάβει ακόμη παγκόσμια αναγνώριση.Ωστόσο, ο Άγγλος αστρονόμος Fred Hoyle (γεννημένος το 1915) πρότεινε πρόσφατα έναν μηχανισμό για το σχηματισμό πλανητών που σχετίζονται με το μαγνητικό πεδίο του Ήλιου, και αυτή η θεωρία κέρδισε μεγάλη δημοτικότητα.

Όπως και να έχει, οι αστρονόμοι συμφωνούν ομόφωνα ότι ολόκληρο το ηλιακό σύστημα - τόσο ο Ήλιος όσο και οι πλανήτες - σχηματίστηκε ως αποτέλεσμα μιας κοινής διαδικασίας. Με άλλα λόγια, εάν η Γη στη σημερινή της μορφή υπάρχει εδώ και 4,7 δισεκατομμύρια χρόνια, τότε μπορούμε να θεωρήσουμε ότι και ολόκληρο το ηλιακό σύστημα (συμπεριλαμβανομένου του Ήλιου) στη σημερινή του μορφή υπάρχει εδώ και 4,7 δισεκατομμύρια χρόνια.

Αποτελείται από πλάσμα και αέριο. Περίπου το 91% του αερίου είναι υδρογόνο, ακολουθούμενο από ήλιο. Ο ήλιος χρησιμεύει ως η πιο σημαντική πηγή ενέργειας για όλους τους ζωντανούς οργανισμούς στη Γη. Αντιπροσωπεύει το 99,86% της συνολικής μάζας του Ηλιακού Συστήματος. Είναι το λαμπρότερο κοσμικό σώμα που παρατηρήθηκε στους ουρανούς της Γης και η θερμοκρασία του Ήλιου ποικίλλει πολύ από τον πυρήνα μέχρι την επιφάνεια του άστρου.

Δομή του Ήλιου

Sun Core

Στον πυρήνα του Ήλιου, η βαρυτική έλξη οδηγεί σε τεράστιες θερμοκρασίες και πιέσεις. Οι θερμοκρασίες εδώ μπορεί να φτάσουν τους 15 εκατομμύρια βαθμούς Κελσίου. Τα άτομα υδρογόνου σε αυτή την περιοχή συμπιέζονται και συντήκονται για να παράγουν ήλιο σε μια διαδικασία που ονομάζεται πυρηνική σύντηξη. Η πυρηνική σύντηξη παράγει τεράστιες ποσότητες ενέργειας, η οποία ακτινοβολείται προς την επιφάνεια του Ήλιου και στη συνέχεια φτάνει στη Γη. Η ενέργεια από τον πυρήνα διεισδύει στη ζώνη μεταφοράς.

Συναγωγική ζώνη

Αυτή η ζώνη εκτείνεται πάνω από 200.000 km και πλησιάζει την επιφάνεια. Οι θερμοκρασίες σε αυτή τη ζώνη πέφτουν κάτω από 2 εκατομμύρια βαθμούς Κελσίου. Η πυκνότητα του πλάσματος είναι αρκετά χαμηλή ώστε να δημιουργεί ρεύματα μεταφοράς και να μεταφέρει ενέργεια στην επιφάνεια του Ήλιου. Οι θερμικές στήλες της ζώνης δημιουργούν ένα αποτύπωμα στην επιφάνεια του Ήλιου, δίνοντάς του μια κοκκώδη εμφάνιση που ονομάζεται υπερκοκκοποίηση στη μεγαλύτερη κλίμακα και κοκκοποίηση στη μικρότερη κλίμακα.

Photosphere

Η φωτόσφαιρα είναι το εξωτερικό ακτινοβολούμενο κέλυφος του Ήλιου. Το μεγαλύτερο μέρος της ενέργειας σε αυτό το στρώμα ρέει εξ ολοκλήρου από τον Ήλιο. Το στρώμα έχει πάχος δεκάδων έως εκατοντάδων χιλιομέτρων και οι ηλιακές κηλίδες του είναι πιο σκούρες και πιο ψυχρές από τη γύρω περιοχή. Στη βάση μεγάλων ηλιακών κηλίδων, η θερμοκρασία μπορεί να φτάσει τους 4.000 βαθμούς Κελσίου. Η συνολική θερμοκρασία της φωτόσφαιρας είναι περίπου 5.500 βαθμοί Κελσίου. Η ενέργεια από τον Ήλιο ανιχνεύεται ως ορατό φως στη φωτόσφαιρα.

Χρωμόσφαιρα

Η χρωμόσφαιρα είναι ένα από τα τρία κύρια στρώματα της ατμόσφαιρας του Ήλιου και έχει πάχος μεταξύ 3.000 και 5.000 km. Βρίσκεται ακριβώς πάνω από τη φωτόσφαιρα. Η χρωμόσφαιρα συνήθως δεν είναι ορατή εκτός αν υπάρχει ολική έκλειψη, κατά την οποία το κοκκινωπό φως της περιβάλλει τον σεληνιακό δίσκο. Το στρώμα συνήθως δεν παρατηρείται χωρίς ειδικό εξοπλισμό λόγω της φωτεινότητας της φωτόσφαιρας. Η μέση θερμοκρασία της χρωμόσφαιρας είναι περίπου 4.320 βαθμοί Κελσίου.

Στέμμα

Η κορώνα εκτείνεται εκατομμύρια χιλιόμετρα στο διάστημα και, όπως η χρωμόσφαιρα, είναι εύκολα ορατή κατά τη διάρκεια μιας έκλειψης. Η θερμοκρασία του κορώνα μπορεί να φτάσει τους 2 εκατομμύρια βαθμούς Κελσίου, και αυτές οι υψηλές θερμοκρασίες είναι που του δίνουν τα μοναδικά φασματικά χαρακτηριστικά του. Καθώς ψύχεται, χάνοντας τόσο ακτινοβολία όσο και θερμότητα, το υλικό απομακρύνεται με τη μορφή ηλιακού ανέμου.

Η σημασία της ηλιακής ενέργειας

Η ηλιακή ενέργεια επιτρέπει στα φυτά να παράγουν τη δική τους τροφή, η οποία με τη σειρά της καταναλώνεται από άλλα έμβια όντα. Το φως του ήλιου δίνει όραση και θερμαίνει το νερό. Είναι απαραίτητο για το σχηματισμό άνθρακα και προϊόντων πετρελαίου και είναι επίσης σημαντικός παράγοντας στο σχηματισμό της βιταμίνης D, η οποία είναι απαραίτητη για την ανάπτυξη των οστών στο ανθρώπινο σώμα.

Ο προσδιορισμός των ιδιοτήτων της επιφάνειας του Ήλιου ήταν ένα τεράστιο επίτευγμα - με την πρώτη ματιά φαινόταν αδύνατο. Πόσο δυσκολότερη λοιπόν, νομίζω, πρέπει να είναι η μελέτη του εσωτερικού του Ήλιου!

Ωστόσο, ορισμένα συμπεράσματα για το εσωτερικό του Ήλιου είναι αρκετά εύκολο να εξαχθούν. Για παράδειγμα, γνωρίζουμε ότι η επιφάνεια του Ήλιου εκπέμπει συνεχώς τεράστιες ποσότητες θερμότητας στο διάστημα, και όμως η θερμοκρασία του δεν αλλάζει. Είναι προφανές ότι αυτή η θερμότητα πρέπει να προέρχεται από μέσα με την ίδια ταχύτητα που ακτινοβολείται στο διάστημα, και έπεται ότι το εσωτερικό του Ήλιου πρέπει να είναι θερμότερο από την επιφάνειά του.

Δεδομένου ότι η επιφάνεια του Ήλιου είναι ήδη τόσο ζεστή που οποιεσδήποτε γνωστές ουσίες μετατρέπονται σε ατμό πάνω της, και δεδομένου ότι οι εσωτερικές περιοχές του Ήλιου είναι ακόμη πιο ζεστές, το συμπέρασμα υποδηλώνει ότι ολόκληρος ο Ήλιος είναι αέριος, ότι είναι απλώς μια μπάλα υπερκαυτό αέριο. Αν ισχύει αυτό, τότε μπορούμε να θεωρήσουμε ότι οι αστρονόμοι είναι πολύ τυχεροί, επειδή οι ιδιότητες του αερίου είναι ευκολότερο να διαπιστωθούν από τις ιδιότητες των υγρών και των στερεών.

Στη δεκαετία του 20 του εικοστού αιώνα. Το ζήτημα της εσωτερικής δομής του Ήλιου τέθηκε από τον Άγγλο αστρονόμο Arthur Stanley Eddington (1882-1944), με βάση την υπόθεση ότι τα αστέρια είναι μπάλες αερίου.

Ο Έντινγκτον συλλογίστηκε ως εξής: αφού ο Ήλιος είναι απλώς μια μπάλα αερίου, τότε μόνο η δύναμη της δικής του βαρύτητας ενεργούσε πάνω του, θα συρρικνωνόταν γρήγορα. Και αφού αυτό δεν συμβαίνει, σημαίνει ότι η δύναμη της βαρύτητας εξισορροπείται από κάποια άλλη δύναμη, η δράση της οποίας κατευθύνεται από μέσα προς τα έξω. Μια τέτοια δύναμη προς τα έξω θα μπορούσε να προκύψει από την τάση των αερίων να διαστέλλονται υπό την επίδραση της υψηλής θερμοκρασίας.

Με βάση τη μάζα του Ήλιου και τη βαρυτική του δύναμη, ο Έντινγκτον υπολόγισε το 1926 ποιες θερμοκρασίες χρειάζονταν για να εξισορροπηθεί η βαρυτική δύναμη σε διάφορα βάθη κάτω από την επιφάνεια του Ήλιου. Πήρε εκπληκτικά νούμερα. Η θερμοκρασία στο κέντρο του Ήλιου θα έπρεπε να έχει φτάσει σε μια γιγαντιαία τιμή των 15.000.000"C. Σύμφωνα με σύγχρονους υπολογισμούς, είναι ακόμη υψηλότερη: 21.000.000"C.

Όσο εκπληκτικά κι αν ήταν αυτά τα αποτελέσματα, οι περισσότεροι αστρονόμοι συμφώνησαν μαζί τους. Πρώτον, τέτοιες θερμοκρασίες ήταν απαραίτητες για να μπορέσει να συμβεί η σύντηξη των ατόμων υδρογόνου. Αν και η επιφάνεια του Ήλιου είναι πολύ πιο κρύα από ό,τι απαιτείται για αυτήν την αντίδραση, οι εσωτερικές περιοχές, σύμφωνα με τους υπολογισμούς του Έντινγκτον, ήταν σίγουρα αρκετά ζεστές γι' αυτήν.

Αφού όλοι οι αστρονόμοι είχαν συμφωνήσει για τη θερμοκρασία και την πίεση στις εσωτερικές περιοχές του Ήλιου, έμεινε να καταλάβουμε τις διεργασίες που επέτρεψαν στο υδρογόνο κάτω από αυτές τις συνθήκες να μετατραπεί σε ήλιο με ρυθμό που θα ήταν αρκετός για να εξηγήσει τη συνολική ποσότητα της ηλιακής ακτινοβολίας . Το 1939, ένας Αμερικανός φυσικός γερμανικής καταγωγής, ο Hans Albrecht Bethe (γεννημένος το 1906), κατάφερε να αναπτύξει τον συνεχιζόμενο κύκλο των πυρηνικών αντιδράσεων. Η ταχύτητα εμφάνισής τους υπό τις συνθήκες που επικρατούν στο εσωτερικό του Ήλιου πληρούσε πλήρως αυτές τις απαιτήσεις.

Έτσι, το ζήτημα της πηγής της ηλιακής ενέργειας, που έθεσε ο Χέλμχολτς στη δεκαετία του '40 του 19ου αιώνα, λύθηκε τελικά από τον Bethe σχεδόν 100 χρόνια αργότερα. Και ταυτόχρονα, καθορίστηκε και η πιθανή διάρκεια ζωής του Ήλιου - 100 δισεκατομμύρια χρόνια.