Звезда по имени Солнце
Михаил Яковлевич Маров
Приобрести книгу "Космос. От Солнечной системы вглубь Вселенной"
В книге в сжатой и популярной форме излагаются современные представления о космосе и населяющих его телах. Это прежде всего Солнце и Солнечная система, планеты земной группы и планеты-гиганты, малые тела (кометы, астероиды, метеороиды, межпланетная пыль). Далее рассматриваются звезды, экзопланеты, галактики и галактические кластеры, обсуждаются проблемы астробиологии и, наконец, представляется общий взгляд на нашу Вселенную. В каждом из этих разделов, наряду с обсуждением наиболее характерных физических особенностей небесных тел, особое внимание уделяется эволюционному подходу при анализе их природных свойств. В частности, вопросы происхождения Солнечной системы и планетных систем у других звезд (экзо-планет) представлены в контексте общих проблем звездно-планетной эволюции (космогонии) и проблем астробиологии. Рассмотрены вопросы происхождения, эволюции и судьбы Вселенной (космологии) с позиций синергизма макро-и микрофизики, включая представления о существовании параллельных вселенных, наличии квантовых осцилляции и гипотетических топологических особенностей пространства-времени (кротовых нор). Книга, сочетающая строгость и одновременно доступность изложения, представит интерес как для преподавателей, студентов и школьников, так и для широкого круга читателей, интересующихся современными проблемами астрофизики и изучения космоса.
Вашему вниманию некоторые отрывки из книги...
[…] Солнце сформировалось примерно 4,5 млрд лет назад, когда быстрое сжатие облака молекулярного водорода под действием гравитационных сил привело к образованию в нашей области Галактики переменной звезды первого типа звездного населения — звезды типа T Тельца (T Tauri). После начала в солнечном ядре реакций термоядерного синтеза (превращения водорода в гелий) Солнце перешло на главную последовательность диаграммы Герцшпрунга–Рассела (ГР). Солнце классифицируется как желтая карликовая звезда класса G2V, которая кажется желтой при наблюдении с Земли из-за небольшого избытка желтого света в ее спектре, вызванного рассеянием в атмосфере синих лучей. Римская цифра V в обозначении G2V означает, что Солнце принадлежит главной последовательности ГР-диаграммы. Как предполагают, в самый ранний период эволюции, до момента перехода на главную последовательность, оно находилось на так называемом треке Хаяши, где сжималось и, соответственно, уменьшало светимость при сохранении примерно той же самой температуры*. Следуя эволюционному сценарию, типичному для звезд низкой и средней массы, находящихся на главной последовательности, Солнце прошло примерно половину пути активной стадии своего жизненного цикла (превращения водорода в гелий в реакциях термоядерного синтеза), составляющего в общей сложности примерно 10 млрд лет, и сохранит эту активность в течение последующих приблизительно 5 млрд лет.
[…] По своей природе Солнце — плазменный шар диаметром приблизительно 1,5 млн км. Точные значения его экваториального радиуса и среднего диаметра составляют соответственно 695 500 км и 1 392 000 км. Это на два порядка больше размера Земли и на порядок больше размера Юпитера. […] Солнце вращается вокруг своей оси против часовой стрелки (если смотреть с Северного полюса мира), скорость вращения внешних видимых слоев составляет 7 284 км/час. Сидерический период вращения на экваторе равен 25,38 сут., в то время как период на полюсах намного длиннее — 33,5 сут., т. е. атмосфера на полюсах вращается медленнее, чем на экваторе. Это различие возникает из-за дифференциального вращения, вызванного конвекцией и неравномерным переносом масс из ядра наружу, и связано с перераспределением углового момента. При наблюдении с Земли кажущийся период вращения составляет приблизительно 28 дней. […]
Фигура Солнца почти сферическая, ее сплюснутость незначительная, всего 9 миллионных долей. Это означает, что его полярный радиус меньше экваториального только на ≈10 км. Масса Солнца равна ≈330 000 масс Земли […]. Солнце заключает в себе 99,86% массы всей Солнечной системы. […]
Спустя примерно 1 млрд лет после выхода на Главную последовательность (по оценкам между 3,8 и 2,5 млрд лет тому назад) яркость Солнца увеличилась примерно на 30%. Совершенно очевидно, что с изменением светимости Солнца напрямую связаны проблемы климатической эволюции планет. Особенно это касается Земли, температура на поверхности которой, необходимая для сохранения жидкой воды (и, вероятно, происхождения жизни), могла быть достигнута только за счет более высокого содержания в атмосфере парниковых газов, чтобы компенсировать низкую инсоляцию. Эта проблема носит название «парадокса молодого Солнца». В последующий период яркость Солнца (также как и его радиус) продолжали медленно расти. По существующим оценкам, Солнце становится приблизительно на 10% ярче каждые один миллиард лет. Соответственно, поверхностные температуры планет (включая температуру на Земле) медленно повышаются. Примерно через 3,5 млрд лет от настоящего времени яркость Солнца возрастет на 40%, и к этому времени условия на Земле будут подобны условиям на сегодняшней Венере. […]
К концу своей жизни Солнце перейдет в состояние красного гиганта. Водородное топливо в ядре будет исчерпано, его внешние слои сильно расширятся, а ядро сожмется и нагреется. Водородный синтез продолжится вдоль оболочки, окружающей гелиевое ядро, а сама оболочка будет постоянно расширяться. Будет образовываться все большее количество гелия, и температура ядра будет расти. При достижении в ядре температуры ≈100 миллионов градусов начнется горение гелия с образованием углерода. Это, вероятно, заключительная фаза активности Солнца, поскольку его масса недостаточна для начала более поздних стадий ядерного синтеза с участием более тяжелых элементов — азота и кислорода. Из-за сравнительно небольшой массы жизнь Солнца не окончится взрывом сверхновой звезды. Вместо этого будут происходить интенсивные тепловые пульсации, которые заставят Солнце сбросить внешние оболочки, и из них образуется планетарная туманность. В ходе дальнейшей эволюции образуется очень горячее вырожденное ядро—белый карлик, лишенный собственных источников термоядерной энергии, с очень высокой плотностью вещества, который будет медленно охлаждаться и, как предсказывает теория, через десятки миллиардов лет превратится в невидимый черный карлик. […]
Наиболее характерными и зрелищными проявлениями солнечной активности являются солнечные вспышки, выбросы корональной массы (CME) и солнечные протонные события (SPE). Степень их активности тесно связана с 11-летним солнечным циклом. Эти явления сопровождаются выбросами огромного количества протонов и электронов высоких энергий, значительно повышая энергию «более спокойных» частиц солнечного ветра. Они оказывают громадное влияние на процессы взаимодействия солнечной плазмы с Землей и другими телами Солнечной системы, в том числе на вариации геомагнитного поля, верхнюю и среднюю атмосферу, явления на земной поверхности. Состояние солнечной активности определяет космическую погоду, которая влияет на нашу природную среду и на жизнь на Земле. […]
По существу вспышка является взрывом, и это грандиозное явление проявляется как мгновенное и интенсивное изменение яркости в активной области на поверхности Солнца. […] выделение энергии мощной солнечной вспышки может достигать […] ⅙ энергии, выделяемой Солнцем в секунду, или 160 млрд мегатонн в тротиловом эквиваленте. Примерно половину этой энергии составляет кинетическая энергия корональной плазмы, а другую половину — жесткое электромагнитное излучение и потоки высокоэнергичных заряженных частиц.
Вспышка может продолжаться около 200 минут, сопровождаясь сильными изменениями интенсивности рентгеновского излучения и мощным ускорением электронов и протонов, скорость которых приближается к скорости света. В отличие от солнечного ветра, частицы которого распространяются до Земли более суток, частицы, генерируемые во время вспышек, достигают Земли за десятки минут, сильно возмущая космическую погоду. Эта радиация чрезвычайно опасна для космонавтов, даже находящихся на околоземных орбитах, не говоря уже о межпланетных перелетах.
Еще более грандиозными являются выбросы корональной массы, представляющие собой наиболее мощное явление в Солнечной системе. Они возникают в короне в виде взрывов огромных объемов солнечной плазмы, вызываемых пересоединением силовых линий магнитного поля, в результате чего происходит выделение огромной энергии. Некоторые из них связаны с солнечными вспышками или имеют отношение к солнечным протуберанцам, извергаемым с солнечной поверхности и удерживаемым магнитными полями. Выбросы корональной массы случаются периодически и состоят из очень энергичных частиц. Сгустки плазмы, образующие гигантские плазменные пузыри, расширяющиеся наружу, выбрасываются в космическое пространство. Они заключают в себе миллиарды тонн материи, распространяющейся в межпланетной среде со скоростью ≈1000 км/с и образующей на фронте отошедшую ударную волну. Выбросы корональной массы ответственны за мощные магнитные бури на Земле. […] С корональными выбросами еще больше, чем с солнечными вспышками, связан приток высокоэнергичной проникающей радиации. […]
Взаимодействие солнечной плазмы с планетами и малыми телами оказывает на них сильное влияние, прежде всего на верхнюю атмосферу и магнитосферу—собственную или индуцированную, в зависимости от того, обладает ли планета магнитным полем. Такое взаимодействие называют солнечно-планетными (для Земли—солнечно-земными) связями, существенно зависящими от фазы 11-летнего цикла и других проявлений солнечной активности. Они приводят к изменениям формы и размеров магнитосферы, возникновению магнитных бурь, вариациям параметров верхней атмосферы, росту уровня радиационной опасности. Так, температура верхней атмосферы Земли в диапазоне высот 200–1000 км возрастет в несколько раз, от ≈400 до ≈1500K, а плотность изменяется на один–два порядка величины. Это сильно влияет на время жизни искусственных спутников и орбитальных станций. […]
Наиболее зрелищным проявлением воздействия солнечной активности на Землю и другие планеты с магнитным полем являются полярные сияния, наблюдаемые на высоких широтах. На Земле возмущения на Солнце приводят также к нарушению радиосвязи, воздействию на высоковольтные линии электропередач (блэкауты), подземные кабели и трубопроводы, работу радиолокационных станций, а также повреждают электронику космических аппаратов.
Другие материалы по теме: "М.Я. Маров «Челябинский метеорит» 25.12.2013. «Трибуна ученого» в Московском Планетарии"
Подготовлено по материалам:
