Со́лнце — центральная и единственная звезда Солнечной системы, вокруг которой обращаются другие объекты этой системы: планеты и их спутники, карликовые планеты и их спутники, астероиды, метеороиды, кометы и космическая пыль.
Рождение Солнца
Солнце является ближайшей к нам звездой. Действительно, если свет других звезд, распространяющийся с фантастической скоростью — 300 тыс. км/с идет до Земли долгие годы, то расстояние от Земли до Солнца (около 150 млн. км) он пробегает всего за 8 мин и 19 с. А путешествие до следующей ближайшей к нам звезды, до «альфы Центавра», он совершает за четыре с четвертью года. И все же расстояние Земли от Солнца крайне велико — так велико, что на Землю попадает только совершенно ничтожная часть (около одной двухмиллиардной доли) того огромного потока энергии, которую Солнце в виде света и тепла излучает в окружающее пространство. Диаметр нашей звезды составляет 1390 тыс. км, что в 109 раз больше поперечника Земли, а объем больше в 1300 тыс. раз. Солнце является самым массивным телом Солнечной системы. Солнечная масса в 333 000 раз превышает массу Земли и в 750 раз превышает массу всех других планет, вместе взятых. 99,8 % массы Солнечной системы содержится, собственно, в Солнце. Большинство отдельных звёзд во Вселенной имеют массу от 0,08 до 50 солнечных масс, но масса чёрных дыр и целых галактик может достигать миллионов и миллиардов солнечных масс.
Солнечный спектр Солнечное излучение поддерживает жизнь на Земле (фотоны необходимы для начальных стадий процесса фотосинтеза), определяет климат. Солнце состоит из водорода (~73 % от массы и ~92 % от объёма), гелия (~25 % от массы и ~7 % от объёма) и следующих, входящих в его состав в малых концентрациях, элементов: железа, никеля, кислорода, азота, кремния, серы, магния, углерода, неона, кальция и хрома. По спектральной классификации Солнце относится к типу G2V («жёлтый карлик»). Температура поверхности Солнца достигает 6000 K, поэтому Солнце светит почти белым светом, но из-за более сильного рассеяния и поглощения коротковолновой части спектра атмосферой Земли прямой свет Солнца у поверхности нашей планеты приобретает некоторый жёлтый оттенок.
Солнечный спектр содержит линии ионизированных и нейтральных металлов, а также ионизированного водорода. В нашей галактике Млечный Путь насчитывается свыше 100 миллионов звёзд класса G2. При этом 85 % звёзд нашей галактики — это звёзды, менее яркие, чем Солнце (в большинстве своём красные карлики). Как и все звёзды главной последовательности, Солнце вырабатывает энергию путём термоядерного синтеза гелия из водорода.
Энергия Солнца
Изменение светимости Солнца не превышает 2%. Количество тепловой энергии, излучаемой в единицу времени Солнцем, тоже отличается удивительным постоянством. Вот уже несколько десятков лет измеряется полное количество излучения, приходящего за 1 мин на площадку 1 см2, перпендикулярную солнечным лучам и помещенную за пределами земной атмосферы (при среднем расстоянии от Земли до Солнца).
На поверхность площадью 1 м2, расположенную перпендикулярно солнечным лучам за пределами земной атмосферы, приходится 137314 Вт/м2 лучистой энергии Солнца. Умножив это число на площадь поверхности шара радиусом, равным расстоянию от Земли до Солнца, получим мощность полного излучения Солнца (его светимость), которая составляет около 4×10 в 23 кВт. Земля получает от Солнца примерно 1/2 000 000 000 часть излучаемой им энергии.
Вы можете рассчитать количество солнечной энергии, попадающей на Землю, путём сравнения площади сферы с радиусом, равным расстоянию Земли от Солнца (центр находится в звезде) и площади сечения, сделанного таким образом, чтобы ось вращения планеты принадлежала плоскости сечения.
* Радиус Земли — 6.378 км. * Площадь сечения Земли: SЗемля = π×радиус² = 128.000.000 км² * Среднее расстояние до Солнца: RСолнце = 150.000.000 км. (1 а.е.) * Площадь сферы: SСолнце = 4×π×RСолнце² = 2,82×1017 км². * Количество энергии в единицу времени, попадающей на Землю: PЗемля = PСолнце × SЗемля/SСолнце = 1,77×1017 Вт. o Количество энергии (в единицу времени)на квадратный метр: PЗемля/SЗемля = 1387 Вт/м² (Солнечная постоянная) o Человечество примерно потребляет 12×1012 Вт. Какая площадь необходима для обеспечения энергопотребления? Лучшие солнечные батареи имеют КПД около 33 %. Необходимая площадь составляет 12×1012/(1387×0,33) = 26×109 м² = 26000 км², или квадрат ~160×160 км. (На самом деле требуется бо́льшая площадь, так как солнце не всегда находится в зените и, к тому же, некоторая часть излучения рассеивается облаками и атмосферой.)
Солнечные циклы
Солнечная постоянная не является неизменной во времени величиной, известно, что на её величину влияет солнечная активность. Это влияние обусловлено, в основном, изменением потока излучения при изменении числа и суммарной площади солнечных пятен, при этом поток излучения меняется сильнее всего в рентгеновском и радиодиапазоне. Поскольку период прямых измерений солнечной постоянной относительно невелик, то её изменение на протяжении 11-летноего цикла солнечной активности (цикла Швабе), по видимому, не превышает ~10−3, доля изменчивости в оптическом диапазоне, обусловленная вкладом солнечных пятен, оценивается ~10−4. Для оценки вариаций солнечной постоянной в течение более длительных солнечных циклов (циклы Хейла, Глейсберга и пр.) данные прямых измерений отсутствуют.
Долгопериодические вариации солнечной постоянной имеют большое значение для климатологии и геофизики: несмотря на несовершенство климатических моделей, расчётные данные показывают, что изменение солнечной постоянной на 1 % должно привести к изменению температуры Земли на 1—2 K. Увеличение солнечной постоянной хотя бы на 10% превратило бы нашу планету в пустыню, а такое же уменьшение заставило бы ее покрыться толстым слоем вечного льда.
Солнце находится на расстоянии около 26 000 световых лет от центра Млечного Пути и обращается вокруг него, делая один оборот примерно за 225—250 миллионов лет. Орбитальная скорость Солнца равна 217 км/с — таким образом, оно проходит один световой год за 1400 земных лет, а одну астрономическую единицу за 8 земных суток. В настоящее время Солнце находится во внутреннем крае рукава Ориона нашей Галактики, между рукавом Персея (англ.) и рукавом Стрельца (англ.), в так называемом «Местном межзвёздном облаке» (англ.) — области повышенной плотности, расположенной, в свою очередь, в имеющем меньшую плотность «Местном пузыре» — зоне рассеянного высокотемпературного межзвёздного газа. Из звёзд, принадлежащих 50 самым близким звёздным системам в пределах 17 световых лет, известным в настоящее время, Солнце является четвёртой по яркости звездой (его абсолютная звёздная величина +4,83m). Солнечные затмения и Солнечная корона
Меню сайта
Главная страница
14
