Атмосфера солнца

Общая характеристика

Солнце – это огромный разогретый шар из газа, чей диаметр оценивается в 1,392 млн км. Это в 109 раз больше диаметра нашей планеты. На звезду приходится 99,87% всей массы Солнечной системы.

С Земли кажется, что светило имеет желтый цвет, однако это иллюзия, связанная с влиянием атмосферы нашей планеты на солнечный свет. На самом деле Солнце излучает почти белый свет.

Солнце – это одна из сотен миллиардов звезд галактики Млечный путь. Ближайшая к Солнцу звезда – это Проксима Центавра, находящаяся от неё на расстоянии 4,24 световых лет. Для сравнения – расстояние от Земли до Солнца, принимаемое за астрономическую единицу (а.е.), солнечный свет проходит всего за 8,32 минут.

По астрономической классификации Солнце относится к типу «желтых карликов». Это значит, что оно не так и велико по сравнению с размерами других звезд, но довольно ярко светит. Наше светило входит 15% самых ярких звезд Млечного Пути. Вместе с тем в галактике есть звезды, чей радиус превышает солнечный в 2000 раз!

Источником тепла, излучаемого звездой, являются термоядерные реакции. В центре Солнца атомы водорода сливаются друг с другом, в результате чего образуется атом гелия и некоторое количество энергии. Это реакция называется протон-протонным циклом, на него приходится порядка 98% энергии, вырабатываемой светилом. Однако имеют место и иные реакции, в ходе которых «сгорают» такие элементы, как гелий, углерод, кислород, неон и кремний, а образуются металлы (железо, магний, кальций, никель) и другие элементы (сера). Все эти процессы называют звездным нуклеосинтезом.

Влияние Солнца на окружающие небесные тела огромно. Солнечный ветер (частицы вещества, излучаемого звездой), доминируют в межпланетном пространстве на расстоянии до 100-150 а.е. от светила. Считается, что гравитация нашей звезды определяет орбиты тел, находящихся даже на расстоянии светового года от неё (в облаке Оорта).

Само Солнце также вращается вокруг своей оси. Так как оно состоит из газов, то разные его слои вращаются с разной угловой скоростью. Если в районе экватора период обращения составляет 25 дней, то на полюсах он увеличивается до 34 дней. Более того, последние исследования показывают, что внутренние области совершают оборот значительно быстрее, чем внешняя оболочка.

Таблица «Основные физические характеристики Солнца»

Средний диаметр 1 392 000 км
Длина экватора 4 370 000 км
Масса 1,9885•1030 кг (примерно 333 тысячи масс Земли)
Площадь поверхности 6 триллионов км²
Объем 1,41•1018 км³
Плотность 1,409 г/м³
Температура на поверхности 6000° С
Температура в центре звезды 15 700 000° С
Период вращения вокруг своей оси (на экваторе) 25,05 дней
Период вращения вокруг своей оси (на полюсах) 34,3 дня
Наклон оси вращения к эклиптике 7,25°
Минимальное расстояние до Земли 147 098 290 км
Максимальное расстояние до Земли 152 098 232 км
Вторая космическая скорость 617 км/с
Ускорение свободного падения 27,96g
Светимость (мощность излучения) 3,828•1026 Вт

Корона

Над высотой в 14 000 км над фотосферой начинается корона — третья внешняя оболочка Солнца. Корона состоит из энергетических извержений и протуберанцев — особых плазменных образований. Ее температура варьируется от 1 до 20 млн К, имеются также корональные дыры с температурой 600 тыс. К, откуда исходит солнечный ветер. Начиная от нижней части, температура растет, а на высоте 70 000 км от поверхности Солнца начинает снижаться.

Верхняя граница короны пока не установлена, как и точная причина необычно высокой температуры. Как и хромосфера, солнечная корона тоже видна только во время затмений или при использовании специального оборудования. Солнечная корона является мощным источником постоянного рентгеновского и ультрафиолетового излучения.

На сегодняшний день человечеству довольно много известно о внутреннем строении Солнца и о процессах, происходящих в нем. Прояснению их природы во многом способствовал технический прогресс. Благодаря получению знаний о Солнце можно составить представление и о других звездах. Но поскольку наблюдать за Солнцем можно только издалека, у него осталось еще немало неразгаданных тайн.

Орбита и расположение Солнца в галактике Млечный путь


Иллюстрация расположения Солнца в галактике Млечный путь / Wikimedia Commons

Солнце вместе со всей Солнечной системой вращается относительно центра Млечного пути, в котором располагается огромная черная дыра. Расстояние от нее до нашего светила составляет 26 тыс. св. лет. Один оборот Солнечная система совершает примерно за 225-250 млн лет. Скорость движения звезды относительно центра галактики составляет 225 км/с.

На сегодня Солнце располагается в рукаве Ориона. Нам повезло с расположением Солнечной системы в Млечном Пути. Дело в том, что скорость вращения нашей системы почти совпадает со скоростью вращения так называемых спиральных рукавов. Из-за этого наша система не попадает в них, хотя большинство других звезд периодически оказываются там. В спиральных рукавах очень сильное излучение, которое способно убить всё живое. Если бы Солнце находилось на другой орбите, оно периодически попадало бы в спиральные рукава, что приводило бы к «стерилизации» жизни на Земле.

Состав Солнечной системы

Давайте чуть подробнее посмотрим, из чего состоит Солнечная система.

Солнце

Центральным объектом Солнечной системы является Солнце. Это единственная звезда в нашей системе, самое крупное и массивное тело. Масса Солнца составляет 99,86% от массы всех объектов Солнечной системы. Другими словами, наша родная звезда примерно в 1000 раз «тяжелее» всех планет, вместе взятых!Солнце представляет собой огромный шар раскаленного газа, который излучает свет и тепло. Именно благодаря Солнцу на Земле создаются благоприятные условия для развития жизни.

Планеты

Следующие за Солнцем крупные объекты — планеты. На сегодняшний день известно восемь больших планет. Это темные шарообразные тела, отражающие свет Солнца. Земля — одна из планет Солнечной системы, не самая большая, но и не самая маленькая.

Шесть из восьми планет имеют спутники. У Земли один крупный спутник — Луна. Марс имеет два очень маленьких спутника, а вот у Юпитера уже около 80 спутников! Правда из них только четыре похожи по своим размерам на Луну, остальные гораздо меньше. Свыше 80 спутников имеет планета Сатурн. Еще около 40 спутников на двоих имеют Уран и Нептун.

Планеты относительно крупные объекты, хотя по сравнению с Солнцем они невелики. Самая большая планета Солнечной системы, Юпитер, примерно в 10 раз меньше Солнца в диаметре.

Что еще входит в состав Солнечной системы?

Разнообразная мелочь — тела размером от сотых долей миллиметра до 2-3 тысяч километров. Самые крупные их представители — астероиды и кометы.

Астероиды

Астероиды — сравнительно небольшие твердые тела диаметром от нескольких сот метров до сотен километров. Иногда их называют малыми планетами. (Не путать с карликовыми!) Бо́льшая часть астероидов имеет неправильную форму. Как и планеты, астероиды сами не светятся, а только отражают солнечный свет. Хотя астероиды встречаются в разных местах Солнечной системы, подавляющее их большинство собрано между орбитами Марса и Юпитера, в так называемом поясе астероидов.

Кометы

Кометы — небольшие космические тела размером с город. По своему строению кометы похожи на огромные комья снега, покрытые твердой оболочкой из пыли и силикатов.

Появление яркой кометы на вечернем небе — событие редкое и очень красивое. Фото: G. Brammer/ESO

Находясь вдали от Солнца, кометы практически незаметны, но когда они подлетают к звезде поближе, то разогреваются и начинают таять. Вокруг ядер образуется обширная атмосфера или ко́ма, состоящая из испарившихся с поверхности кометы газов, водяного пара и пыли. Часть атмосферы отталкивается назад под действием давления солнечного света и солнечного ветра, образуя хвост. У многих комет наблюдаются два хвоста одновременно — ионный (газовый) и пылевой.

Метеорные тела

Наиболее многочисленные объекты Солнечной системы — метеороиды или метеорные тела.

Это мелкие камни, песчинки, льдинки и даже пылинки, беспорядочно летающие тут и там, снующие между орбитами планет. Когда такой объект сталкивается с Землей, то, как правило, сгорает в высоких слоях атмосферы, не долетая до поверхности. Тогда мы наблюдаем в небе метеор или, как говорят в народе, «падающую звезду».

Метеорные тела имеют разное происхождение: часть из них образовалась в результате разрушения комет, другая при столкновении астероидов друг с другом, третья откололась от планет и их спутников при падении на них крупных метеоритов.

Зона лучистого переноса

Зона лучистого переноса расположена у границы ядра. Предположительно она занимает около 70 % всего радиуса звезды и состоит из горячего вещества, через которое тепловая энергия передается от ядра к внешнему слою.

В результате термоядерной реакции, протекающей в солнечном ядре, образуются различные радиационные фотоны. Пройдя сквозь зону лучистого переноса и все последующие слои, они выбрасываются в космос и блуждают по там вместе с солнечным ветром, доходящим от Солнца до Земли всего за 8 минут. Ученым удалось установить, что на преодоление этой зоны фотонам требуется приблизительно 200 000 лет.

Зона лучистого переноса есть не только у Солнца, но и у других звезд. Ее величина и сила зависят от размера звезды.

Проект «Зависимость времени падения от высоты»

Физика утверждает, что свободное падение происходит тогда, когда единственная сила, воздействующая на объект, — это гравитация. Учитывая, что ускорение свободного падения на земле постоянно, расстояние падения объекта пропорционально времени падения. В этом эксперименте вы сможете определить ускорение свободного падения, а также протестировать ваше собственное время реагирования. Время реагирования – это время, которое требуется вам для того, чтобы отреагировать на какое-либо событие: в данном случае, падение метровой линейки или денежной купюры. Быстрее ли ваша реакция, чем ускорение свободного падения.

Ход эксперимента:

  1. Пусть ваш
    друг возьмет в руки линейку, так чтобы
    сторона, на которой отмечен «0», находилась
    сразу над вашей рукой.
  2. Он должен
    включить таймер сразу после того, как
    выпустит из рук линейку и остановить
    таймер сразу, когда вы её поймаете.
  3. Запишите
    расстояние и время.
  4. Повторите
    несколько раз, бросая линейку с разной
    высоты. Как взаимосвязаны время и
    расстояние, пройденное предметом?
  5. Запишите
    результаты, постройте график. Время
    будет отмечено на оси x, а расстояние,
    пройденное предметом, будет отмечаться
    на оси y.
  6. Используйте
    следующее уравнение, чтобы подсчитать
    время, которое потребуется для того,
    чтобы линейка упала. Насколько близки
    ваши результаты и показатели секундомера?

d=g*t2/2,

где d – это расстояние, пройденное объектом, в метрах,g – ускорение свободного падения,t– время в секундах.

  1. Рассчитайте
    ускорение в каждом пункте графика.
    Насколько оно совпадает с ускорением
    свободного падения на Земле?

a=2d/t2.

  1. Повторите
    эксперимент с денежной купюрой.
    Используйте вышеупомянутое уравнение,
    чтобы подсчитать, сколько времени
    понадобится для того, чтобы купюра
    прошла через ваши пальцы по всей длине.
    Сможете ли вы поймать её?

Вывод:

Падают
ли все объекты с одинаковой скоростью?
Имеет ли значение вес объекта для
скорости падения тела?
Как связаны расстояние и время свободного
падения объектов? Как определить силу
свободного падения?

График
результатов показывает, что проделанное
расстояние пропорционально квадрату
времени, затраченному в процессе падения.
В результате расчётов ускорения вы
должны получить примерно 9,81 м/с². Время
реагирования человека составляет
приблизительно 0,25 секунды,
что для большинства людей не достаточно
быстро, чтобы успеть ухватить купюру.
Почему? График, который вы построили,
покажет, что чем дольше падает линейка,
тем быстрее она прекращает движение.
Это объясняет кривая на графике: из-за
постоянного ускорения, вызванного силой
гравитации, скорость объекта будет
расти быстрее.

При
свободном падении ускорение всех тел
одинаково, этот факт объясняется тем,
что сила тяжести пропорциональна
массе Земли. Также, при этом, сила
гравитации Земли, тянущая вниз, и
сила сопротивления воздуха, подталкивающая
вверх, равны. Хорошей аналогией будет
полет парашютиста:
несмотря на то, что гравитация всё ещё
действует на его тело, скорость
его падения не настолько
большая, поскольку сила воздуха
поддерживает его. В этом эксперименте
сопротивление воздуха и торможение не
являются главным вопросом, поскольку
объекты падают на очень короткие
расстояния.

Корона

Над высотой в 14 000 км над фотосферой начинается корона — третья внешняя оболочка Солнца. Корона состоит из энергетических извержений и протуберанцев — особых плазменных образований. Ее температура варьируется от 1 до 20 млн К, имеются также корональные дыры с температурой 600 тыс. К, откуда исходит солнечный ветер. Начиная от нижней части, температура растет, а на высоте 70 000 км от поверхности Солнца начинает снижаться.

Верхняя граница короны пока не установлена, как и точная причина необычно высокой температуры. Как и хромосфера, солнечная корона тоже видна только во время затмений или при использовании специального оборудования. Солнечная корона является мощным источником постоянного рентгеновского и ультрафиолетового излучения.

На сегодняшний день человечеству довольно много известно о внутреннем строении Солнца и о процессах, происходящих в нем. Прояснению их природы во многом способствовал технический прогресс. Благодаря получению знаний о Солнце можно составить представление и о других звездах. Но поскольку наблюдать за Солнцем можно только издалека, у него осталось еще немало неразгаданных тайн.

Звук на Земле

Как вы знаете, звук обеспечивает один из самых распространенных способов общения между животными и людьми

Однако более важно, что звук также является отличным инструментом для дистанционного зондирования окружающей среды, атмосферы, океана и структуры нашей планеты (см., например, статью «Физика звука» в «Кванте» № 12 за 2018 г.)

Сначала кратко рассмотрим, как мы изучаем звук на Земле. Земная гравитация создала слоистую структуру атмосферы, океана и земной коры. Поэтому на Земле имеются условия для существования звуковых каналов, по которым звук может пробегать огромные расстояния без существенного затухания. Скорость звука возрастает с температурой, зависит от скорости ветра в атмосфере или течения в океане. В земной коре скорость звука зависит от плотности и структуры вещества, что позволяет сейсмологам находить подземные месторождения полезных ископаемых. Пробегая в океане большие расстояния, звук оказывается чувствительным к малым изменениям средней температуры океана, что может быть критерием глобального потепления (рис. 1). Несколько пересекающихся акустических путей используется для акустической томографии, которая обеспечивает 4D-изображения океанических процессов (3D-пространство плюс время).

У нас имеется большое разнообразие акустических методов и инструментов для исследования структуры земной коры, океана и атмосферы здесь на Земле. И возникает естественный вопрос — можем ли мы взять их в космос для исследований на других планетах? Ответить на этот вопрос не так просто. Исследование космоса имеет ряд существенных ограничений, которые необходимо выполнять, и не все известные нам методы, которые используются на Земле, удовлетворяют этим ограничениям.

Во-первых, и, пожалуй, самое строгое ограничение, это вес полезной нагрузки. Доставка оборудования в космос — весьма дорогостоящая процедура, а многие акустические методы (особенно те, которые связаны с низкочастотными источниками звука) требуют тяжелого оборудования. Во-вторых, есть ограничения по энергопотреблению оборудования. В космосе нужно полагаться на тяжелые батареи или солнечные панели, чтобы обеспечить электрическое питание взятых в космический полет приборов. В-третьих, существует конкуренция в исследованиях разными методами. Электромагнитные и гравитационные волны не требуют упругой среды для распространения, и, таким образом, их можно использовать для дистанционного зондирования, в отличие от акустических методов, которые требуют установки измерительных приборов на планете. Поэтому акустические методы могут быть полезными там, где у них нет конкуренции. Это, прежде всего, исследование электропроводящих сред: плазма, океаны, внутренняя структура планет, куда не проникают электромагнитные волны. И наконец, нужно учитывать тот факт, что акустические методы не обязательно имеют такую же эффективность на других планетах, о которой мы знаем на Земле. Эффективность акустических методов зависит от состояния среды, в которой они используются, а давление, температура, плотность и химический состав других миров, как правило, сильно отличаются от того, к чему мы привыкли здесь, на Земле.

В этой связи важно понять, как уже используются акустические методы в космосе и какие имеются результаты, полученные с их помощью

Конвективная зона

Зона конвекции — последняя во внутреннем строении Солнца и других подобных ему звезд. Она расположена снаружи зоны лучистого переноса и занимает последние 20 % от радиуса Солнца (около трети от объема звезды). Энергия в ней передается конвекцией. Конвекция — это передача тепла струями и потоками, посредством активного перемешивания. Этот процесс напоминает кипение воды. Потоки горячего газа перемещаются к поверхности и отдают тепло наружу, а остывший газ устремляется обратно, вглубь Солнца, благодаря чему реакция ядерного синтеза продолжается. По мере приближения к поверхности температура вещества в конвективной зоне падает до 5800 К. Конвективная зона, как и зона лучистого переноса, есть почти у всех звезд.

Все вышеперечисленные слои Солнца не наблюдаемы.

Фотосфера

Фотосфера — единственный видимый с нашей планеты слой Солнца. Температура фотосферы — 6000 К. Она светится бело-желтым светом. Именно середина этого слоя и считается условной поверхностью Солнца и используется для расчета расстояний, то есть отсчета высоты и глубины.

Толщина фотосферы — около 700 км, она состоит из газа и испускает доходящее до Земли солнечное излучение. Верхние слои фотосферы более холодные и разряженные, чем нижние. Волны, возникающие в конвективной зоне и фотосфере, передают механическую энергию вышележащим областям и нагревают их. Вследствие этого верхняя часть фотосферы является самой холодной — около 4500 К. С обеих сторон от них температура быстро повышается.

Интересные факты

  • Гравитация на Луне составляет около 16 процентов от земного притяжения, на Марсе около 38 процентов земного притяжения, в то время как самая большая планета Солнечной системы, Юпитер, имеет в 2,5 раза большую гравитацию Земли.
  • Хотя никто не “открыл” гравитацию, легенда гласит, что знаменитый астроном Галилео Галилей провел некоторые из самых ранних экспериментов с гравитацией, сбросив шары с Пизанской башни, чтобы увидеть, как быстро они упали.
  • Исаак Ньютону было всего 23 года, когда он заметил яблоко, падающее в его саду (яблоко, которое упало Ньютону на голову это миф).
  • Черные дыры -массивные разрушенные звезды с такой сильной гравитацией, что даже свет не может вырваться из него.
  • Теория относительности Эйнштейна несовместима с квантовой механикой, странные законы, которые управляют поведением мельчайших частиц, таких как фотоны и электроны, из которых состоит Вселенная.

Жизненный цикл

___________________________________________________________________

Жизненный цикл Солнца

___________________________________________________________________

Считается что Солнце сформировалось примерно 4,59 миллиарда лет назад, когда быстрое сжатие под действиемсил гравитации облака молекулярного водородапривело к образованию в нашей области Галактики звезды первого типа звездного поколения типа Т Тельца. Масса Солнца недостаточна для того, чтобы его эволюция завершилась взрывом сверхновой. Вместо этого, через 4—5 миллиардов лет оно превратится в звезду типа красный гигант.  Примерно через 7,8 миллиарда лет, когда температура в ядре достигнет приблизительно 100 миллионов градусов, в нём начнётся термоядерная реакция синтеза углерода и кислорода из гелия. На этой фазе развития температурные неустойчивости внутри Солнца приведут к тому, что оно начнёт терять массу и сбрасывать оболочку. После того, как Солнце пройдёт фазу красного гиганта, термические пульсации приведут к тому, что его внешняя оболочка будет сорвана и из неё образуется планетарная туманность. В центре этой туманности останется формированная из очень горячего ядра Солнца звезда типа белый карлик, которая в течение многих миллиардов лет будет постепенно остывать и угасать. Описанный выше сценарий эволюции Солнца типичен для звёзд малой и средней массы.

Когда Солнце окончательно сгорит?

Последовательность ядерного синтеза внутри звезд

Смерть любой звезды, находящейся в стадии красного гиганта, не за горами. У Солнца будет еще достаточно температуры и давления, чтобы начать следующий этап ядерного синтеза: из гелия, который в этот раз будет топливом, синтезируется углерод. Этот этап займет около ста миллионов лет – до того момента, когда выгорит весь гелий. В конце оболочка станет нестабильной, и звезда начнет усиленно пульсировать. За весьма короткий промежуток времени эти пульсации выбросят в открытый космос большую часть атмосферы Солнца.

Когда от атмосферы недавнего гиганта ничего не останется, вместо большой и яркой звезды в пространстве повиснет белый карлик – небольшое, размером с Землю, светило из чистого карбона, по массе равное звезде. Алмаз размером с нашу планету будет еще долго светиться тепловым излучением, но этого недостаточно для ядерного синтеза. Со временем он остынет до температуры окружающей среды – пары градусов выше абсолютного нуля.

Так закончится жизнь нашего Солнца – одиноким алмазным постаментом.

Эволюция и будущее

Ученые убеждены, что Солнце появилось 4.57 млрд. лет назад из-за крушения части молекулярного облака, представленного водородом и гелием. При этом оно запустило вращение (из-за углового момента) и начало нагреваться с ростом давления.

Большая часть массы сконцентрировалась в центре, а остальное превратилось в диск, который позже сформирует известные нам планеты. Гравитация и давление привели к росту тепла и ядерному синтезу. Произошел взрыв и появилось Солнце. На рисунке можно проследить этапы эволюции звезд.

Сейчас звезда пребывает в фазе главной последовательности. Внутри ядра трансформируется больше 4 млн. тон вещества в энергию. Температура постоянно растет. Анализ показывает, что за последние 4.5 млрд. лет Солнце стало ярче на 30% с увеличением в 1% на каждые 100 млн. лет.

Полагают, что в итоге оно начнет расширяться и превратится в красного гиганта. Из-за увеличения размера погибнет Меркурий, Венера и, возможно, Земля. В фазе гиганта пробудет примерно 120 млн. лет.

Потом начнется процесс уменьшения размера и температуры. Оно продолжит сжигать остатки гелия в ядре, пока не закончатся запасы. Через 20 млн. лет оно потеряет стабильность. Земля уничтожится или же раскалится. Через 500000 лет останется лишь половина солнечной массы, а внешняя оболочка создаст туманность. В итоге, мы получим белый карлик, который проживет триллионы лет и лишь потом станет черным.

Избранное

См. также

Физика звука

Игорь Есипов • Библиотека • «Квант» №12, 2018

Звучащий мир: голос, ультразвук, терагерцы

15.11.2020 • Игорь Иванов • Видеотека

Разгадана тайна быстрого звука в воде

13.12.2006 • Игорь Иванов • Новости науки

Фононика открывает новые возможности для управления звуком и тепловыми потоками

29.11.2013 • Игорь Иванов • Новости науки

И рыбы уши имеют

Юлия Сапожникова • Библиотека • «Наука из первых рук» №5/6(80), 2018

Что слышат птицы

Ольга Нестеренко • Библиотека • «Химия и жизнь» №5, 2019

Летучие мыши определяют пол сородичей по их эхолокационным сигналам

05.11.2012 • Елена Наймарк • Новости науки

Откуда берутся молния и гром? Почему летучие мыши видят ушами? («Детский университет». Главы из книги)

2017 • Улла Штойернагель, Ульрих Янссен • Книжный клуб • Главы

Ночные кровопийцы, кудряшки и подводные лодки

Григорий Мерцалов • Библиотека • «Квантик» №5, 2014

Кашалот добывает пищу щелканьем и жужжанием

10.05.2006 • Алексей Гиляров • Новости науки

Ударные волны устраняют боль

Сергей Мусатов • Библиотека • «Наука и жизнь» №5, 2013

Как общаются афалины?

Александр Агафонов, Елена Панова • Библиотека • «Природа» №4, 2018

Изучение афалин в природе: история с продолжением

Александр Агафонов, Ирина Логоминова • Библиотека • «Природа» №7, 2018

Язык косаток и его диалекты

Ольга Филатова • Библиотека • «Коммерсантъ Наука» №33, август 2019

Разнообразие звуков китов-убийц зависит от размера их популяции

28.02.2012 • Варвара Веденина • Новости науки

Дельфины раздают «автографы»

Ксения Перфильева • Журнал общей биологии • №1, 2017

Что такое гравитация простыми словами детям.

с лат. gravitas — «тяжесть» ) — невидимая сила , притягивающая объекты с меньшей массой к более массивным. Таким образом определяющая положение галактик, планет, спутников и всех небесных тел. В контексте Земли отвечает за то, что объекты притягиваются к поверхности и не улетают за пределы планеты. Это одно из четырех фундаментальных взаимодействий в физике, определяющих функционирование вселенной, наряду со слабым и сильным атомными взаимодействиями и электромагнетизмом.

Точного научного определения термина не существует, поскольку подходы к изучению гравитации и теории относительно её природы постоянно разрабатываются, дополняются и совершенствуются. Актуальными на сегодня являются закон всемирного тяготения Ньютона вместе с его дополнениями и общая теория относительности Эйнштейна.

Гравитация и закон всемирного тяготения

Закон всемирного тяготения, предложенный Ньютоном, не ставит своей целью описание природы возникновения гравитации, но позволяет совершать верные математические расчеты на практике. Для этого пользуются формулой

, где:

  • F — сила притяжения;
  • r — расстояние между их центрами;
  • G — гравитационная постоянная, равная 6.67×10 -11 м 3 /кг×с 2 и отражающая то, с какой силой бы действовали друг на друга два тела, размещенные на расстоянии 1 метра и имеющие одинаковую массу в 1 килограмм.

Собственное гравитационное поле создается каждым объектом Вселенной вне зависимости от его массы.

Гравитация на каждой из планет разная и напрямую зависит от массы астрономического тела. Так, к примеру, показатели гравитации на Юпитере многократно превышают земные. На тело, имеющее земной вес в 60 килограмм, Юпитер будет оказывать такую гравитацию, как Земля оказывает на тело с массой 142 килограмма.

Гравитация и общая теория относительности

Несмотря на то, что закон всемирного тяготения Ньютона отлично справляется с математическим описанием гравитации, он порождает конфликты и несоответствия, когда речь заходит о дальности действия и скорости распространения этой величины.

Дело в том, что в теории Ньютона предполагается, что гравитация окутывает всю вселенную и действует мгновенно в каждой её части. Однако, это невозможно исходя из того, что пределом допустимой скорости в физике является скорость света. Даже если бы скорость распространения гравитации была равна скорости света, она бы не могла мгновенно срабатывать даже на небольших участках космоса, поскольку нуждается в преодолении расстояния.

Решение проблемы нашлось в общей теории относительности Эйнштейна, которая рассматривает гравитацию не как силу, но как искривление времени-пространства под влиянием масс.

Для наглядности можно представить натянутую вокруг обруча ткань. После того, как на нее положат яблоко, она искривится. Если же после этого положить рядом тяжелую гирю, она искривится уже с центром в новом месте , а яблоко притянет к гире.

В физике элементарных частиц была выработана концепция гравитона — гипотетически существующей фундаментальной частицы, которая ответственна за гравитацию. Такая частица имеет нулевую массу, однако, обладает энергией, позволяющей ей влиять на поведение других элементарных частиц.

Понятие гравитационных волн

Несмотря на то, что общая теория относительности Эйнштейна уже давно была принята научным сообществом, она нашла очередное свое подтверждение с открытием физиками гравитационных волн в 2015 году.

Людям, далеким от теоретической физики и астрономии, будет нетрудно представить гравитационные волны в виде кругов, некоторое время разрастающихся, а затем затухающих после того, как в воду был брошен камень. Они имеют относительно похожую форму и структуру, но проявляются не на поверхности воды, а в пространстве-времени Вселенной.

Гравитационные волны оказывают дополнительное влияние на все близлежащие объекты и возникают при резкой смене массы в конкретной точке. Примером такого изменения в структуре космоса может быть слияние сверхмассивных черных дыр.

Ученые не могли столь долго открыть такие волны из-за низкой силы гравитации. Даже при сегодняшнем уровне развития технологий для этого пришлось поместить в вакуум четырехкилометровый детектор , состоящий из подвешенных зеркал.

Людям ошибочно кажется, что гравитация невероятно сильна. На самом же деле, это самая слабая из всех фундаментальных взаимодействий. Иллюстрацией того, насколько сильно её превосходит, к примеру, электромагнитное взаимодействие может служить факт того, что даже маленькие магниты на холодильник надежно закреплены магнитным притяжением на своем месте и будто игнорируют силу земного притяжения.

Атмосфера Солнца

Выше зоны конвекции начинается атмосфера Солнца, в ней перенос энергии снова происходит с помощью излучения.

Фотосферой называют нижний слой солнечной атмосферы – видимую поверхность Солнца. Её толщина соответствует оптической толщине приблизительно в 2/3 единицы, а в абсолютных величинах фотосфера достигает толщины 100-400 км. Именно фотосфера является источником видимого излучения Солнца, температура составляет от 6600 К (в начале) до 4400 К (у верхнего края фотосферы).

На самом деле Солнце выглядит как идеальный круг с четкими границами только потому, что на границе фотосферы его яркость падает в 100 раз за менее чем одну секунду дуги. За счет этого края Солнечного диска заметно менее ярки нежели центр, их яркость всего 20% от яркости центра диска.

Хромосфера – второй атмосферный слой Солнца, внешняя оболочка звезды, толщиной около 2000 км, окружающая фотосферу. Температура хромосферы увеличивается с высотой от 4000 до 20 000 К. Наблюдая Солнце с Земли, мы не видим хромосферу из-за малой плотности. Её можно наблюдать только во время солнечных затмений – интенсивное красное свечение вокруг краев солнечного диска, это и есть хромосфера звезды.

Солнечная корона – последняя внешняя оболочка солнечной атмосферы. Корона состоит из протуберанцев и энергетических извержений, исходящих и извергающихся на несколько сотен тысяч и даже более миллиона километров в пространство, образуя солнечный ветер. Средняя корональная температура составляет до 2 млн К, но может доходить и до 20 млн К. Однако, как и в случае с хромосферой – с земли солнечная корона видна только во время затмений. Слишком малая плотность вещества солнечной короны не позволяет наблюдать её в обычных условиях.

Солнечная корона во всей красе видна только по время солнечных затмений

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Adblock
detector