prod-5100-1glavax

1 глава.
Солнце – единственная звезда и центральное тело Солнечной системы. Все тела в Солнечной
системе можно приближенно считать вращающимся вокруг Солнца. Солнце принадлежит к типу
звезд, называемых желтыми карликами. Оно - звезда главной последовательности и относится к
спектральному классу G2. За время своей жизни (5 миллиардов лет), в ядре Солнца сгорело около
половины всего имеющегося там водорода. Солнцу осталось жить примерно столько же, 5
миллиардов лет.
Солнце появилось при сжатии газопылевой туманности. Во время сжатия Солнце разогрелось
внутренним давлением до температур, при которых в ее центре смогли начаться термоядерные
реакции. Так зажглась новорожденная звезда. В центральной части температура на Солнце равна
15 000 000 К, а давление достигает сотни миллиардов атмосфер. В основном, на три четверти,
Солнце в начале своей жизни состояло из водорода. Именно водород в ходе термоядерных
реакций превращается в гелий, при этом, выделяется энергия, излучаемая Солнцем.
Солнце меньше излучает ультрафиолета, чем другие звезды того же типа. Солнце обладает
большей массой, по сравнению со схожими звездами. Кроме того, эти самые похожие на
Солнце звезды замечены в непостоянстве, они меняют свой блеск, то есть являются переменными
звездами. Солнце не меняет заметно своей яркости, хотя к переменным звездам и ее относят.
Солнце является плазменным шаром. Оно состоит из "смеси" заряженных частиц - ядер атомов
водорода и гелия, а также электронов. Солнце тоже, как и Земля, вращается вокруг своей оси.
Движение частиц, из которых состоит Солнце, создает магнитное поле нашей звезды. Оно мощнее
земного в 6 000 раз. В районах солнечных пятен магнитное поле Солнца особенно сильно.
Процессы, протекающие внутри Солнца.
1. Термоядерный синтез – ядерная реакция, при которой за счет кинетической энергии теплового
движения легкие атомные ядра объединяются (сливаются) в более тяжелые. В момент слияния
высвобождается огромное количество энергии.
Термоядерная реакция происходит, когда атомные ядра преодолевают силу электростатического
отталкивания (кулоновский барьер). Атомы должны обладать большой кинетической энергией и,
следовательно, вещество должно быть нагрето. Также ядра должны сблизиться для слияния на
расстояние, на котором действует очень сильное взаимодействие (расстояние примерно равно
размеру ядер и намного меньше размеров атомов). На таком расстоянии ядра испытывают
сильное отталкивание, однако взаимодействие тел также начинает возрастать и становится
больше отталкивания. Таким образом, при слиянии ядер сами ядра преодолевают Кулоновский
барьер.
Процесс термоядерного синтеза протекает в звездах постоянно, и служит неисчерпаемым
источником энергии.
2. Водородный цикл (протон-протонная цепочка) – превращение водорода в гелий в ходе
термоядерных реакций в звездах без участия катализаторов. Основной источник энергии звезд
(массой>1,2 масс Солнца) на начальных стадиях существования. Водородный цикл может идти
тремя различными путями, начиная с реакции столкновения двух протонов.
3. Углеродно-азотный цикл – образование гелия из водорода в ходе термоядерных реакций с
участием катализаторов (углерод, азот, кислород и фтор). Цикл проходит в центре звезд, где
более высокая температура (что делает его эффективней водородного цикла), но также может
проходить и на поверхности звезды, где могут происходить вспышки термоядерного горения.
4. Р-процесс – разновидность термоядерной реакции, протекающая при коллапсе ядра
сверхновой звезды.
5. R-распад – процесс образования тяжелых ядер из более легких путем последовательного
захвата нейтронов. Это один из основных процессов в звездах, происходящий во время коллапса
ядра сверхновой вместе с увеличением плотности ядра. При захвате электронов идет
высвобождение нейтронов.
6. Горение кремния – превращение ядер кремния в ядра более тяжелых элементов. Горения
кремния протекает в недрах массивных звезд при высокой температуре (4*109К). Это конечная
стадия термоядерного синтеза в звездах, т.к. при горении более тяжелых элементов тепло
поглощается.
7. S-процесс – процесс захвата нейтронов и последующего образования тяжелых ядер из более
легких. Для данного процесса необходима температура более 108К, чтобы ядерные реакции с
образованием нейтронов могли происходить. Температура и плотность остаются неизменными
продолжительное время для образования тяжелых ядер. Продукты s-процесса выносятся за
пределы звезды без дальнейших ядерных реакций.
8. rp-процесс - процесс захвата быстрых протонов атомными ядрами. Rp процесс проходит в
ядрах, богатых протонами.
Почему звезда сохраняет свои размеры? В ней действуют две противодействующие силы. Первая
- это гравитация, которая сжимает все атомы внутрь. Вторая - это термоядерный синтез
элементов, который заставляет звезду разрываться на части. Обе силы имеют неверотяную
мощность. Огромные размеры звезды обуславливают сильнейшую гравитацию; термоядерный же
синтез за секунду выпускает наружу энергию, эквивалентную взрыву миллирда атомных бомб.
Обе силы уравнивают друг друга, не позволяя звезде сжаться или разлететься на части.
Для звезды, находящейся в равновесии, сила гравитационного притяжения должна быть
скомпенсирована равной по величине и противоположной по направлению силой. Такая
уравновешивающая гравитацию сила в звездах обусловлена давлением вещества.
В общем случае давление является величиной, позволяющей описать силу, действующую на
выделенный в жидкости или газе объем произвольной формы со стороны окружающего его
вещества.
Магнитное поле Солнца.
Так как солнечная плазма имеет достаточно высокую электропроводность, в ней могут возникать
электрические токи и, как следствие, магнитные поля. Эти поля принято разделять на два типа, в
соответствии с их масштабом.
Крупномасштабное магнитное поле с характерными размерами, сравнимыми с размерами
Солнца, имеет среднюю напряжённость на уровне фотосферы порядка нескольких гаусс. В
минимуме цикла солнечной активности оно имеет приблизительно дипольную структуру, при
этом напряжённость поля на полюсах Солнца максимальна. Затем, по мере приближения к
максимуму цикла солнечной активности, напряжённости поля на полюсах постепенно
уменьшаются и через один-два года после максимума цикла становятся равными нулю (так
называемая «переполюсовка солнечного магнитного поля»). На этой фазе общее магнитное поле
Солнца не исчезает полностью, но его структура носит не дипольный, а квадрупольный характер.
После этого напряжённость солнечного диполя снова возрастает, но при этом он имеет уже
другую полярность. Таким образом, полный цикл изменения общего магнитного поля Солнца, с
учётом перемены знака, равен удвоенной продолжительности 11-летнего цикла солнечной
активности — примерно 22 года («закон Хейла»).
Средне- и мелкомасштабные (локальные) поля Солнца отличаются значительно большими
напряжённостями полей и меньшей регулярностью. Самые мощные магнитные поля (до
нескольких тысяч гаусс) наблюдаются в группах солнечных пятен в максимуме солнечного цикла.
При этом типична ситуация, когда магнитное поле пятен в западной («головной») части данной
группы, в том числе самого крупного пятна (т. н. «лидера группы») совпадает с полярностью
общего магнитного поля на соответствующем полюсе Солнца («p-полярностью»), а в восточной
(«хвостовой») части — противоположна ему («f-полярность»). Таким образом, магнитные поля
пятен имеют, как правило, биполярную или мультиполярную структуру. В фотосфере также
наблюдаются униполярные области магнитного поля, которые, в отличие от групп солнечных
пятен, располагаются ближе к полюсам и имеют значительно меньшую напряжённость
магнитного поля (несколько гаусс), но большую площадь и продолжительность жизни (до
нескольких оборотов Солнца).
Согласно современным представлениям, разделяемым большей частью исследователей,
магнитное поле Солнца генерируется в нижней части конвективной зоны с помощью механизма
гидромагнитного конвективного динамо, а затем всплывает в фотосферу под воздействием
магнитной плавучести. Этим же механизмом объясняется 22-летняя цикличность солнечного
магнитного поля.
Солнечная корона.
Над видимой поверхностью Солнца (фотосферой), имеющей температуру около 6000 К, находится
солнечная корона с температурой более 1 000 000 К. Можно показать, что прямого потока тепла
из фотосферы недостаточно для того, чтобы привести к такой высокой температуре короны.
Предполагается, что энергия для нагрева короны поставляется турбулентными движениями
подфотосферной конвективной зоны. При этом для переноса энергии в корону предложено два
механизма. Во-первых, это волновое нагревание — звук и магнитогидродинамические волны,
генерируемые в турбулентной конвективной зоне, распространяются в корону и там
рассеиваются, при этом их энергия переходит в тепловую энергию корональной плазмы.
Альтернативный механизм — магнитное нагревание, при котором магнитная энергия,
непрерывно генерируемая фотосферными движениями, высвобождается путём пересоединения
магнитного поля в форме больших солнечных вспышек или же большого количества мелких
вспышек.