Солнце – это звезда в центре Солнечной системы, огромный шар горячей плазмы, состоящий главным образом из водорода и гелия. В его ядре идёт термоядерный синтез: ядра водорода превращаются в гелий, часть массы переходит в энергию, которая в итоге достигает Земли как свет и тепло.
Размер и место в системе
Диаметр Солнца составляет около 1,39 миллиона километров. Внутри него по объёму поместилось бы примерно 1,3 миллиона Земель, хотя по массе соотношение меньше. Солнце содержит около 99,8 процента массы всей Солнечной системы.
Среднее расстояние от Земли – около 150 миллионов километров, его называют астрономической единицей. Свет проходит этот путь примерно за 8 минут 20 секунд. Поэтому мы видим Солнце не в текущую секунду, а таким, каким оно было несколько минут назад.
Солнце не является необычайно крупной звездой. Оно относится к звёздам главной последовательности спектрального класса G. Есть звёзды намного меньше и тусклее, а также гиганты, превосходящие его по размеру и светимости.
Что удерживает Солнце
Гравитация тянет вещество к центру, а давление горячей плазмы стремится расширить звезду. В устойчивом состоянии эти тенденции уравновешиваются. Такое равновесие не означает неподвижность: внутри постоянно переносятся энергия и вещество, а магнитное поле меняется.
Если бы термоядерные реакции внезапно прекратились, внешние слои не погасли бы в ту же секунду, но равновесие постепенно нарушилось бы. В реальности запас водорода огромен, и Солнце находится примерно в середине многомиллиардолетней жизни на главной последовательности.
Почему высокая температура и свечение сохраняются так долго, подробнее объясняет статья «Почему Солнце светит?».
Внутренние слои
В ядре температура достигает примерно 15 миллионов градусов. Здесь плотность и давление достаточны для протон-протонной цепочки реакций. Нейтрино, образующиеся в этих процессах, почти сразу покидают звезду и помогают учёным проверять модели ядра.
В лучистой зоне энергия передаётся в основном фотонами. Они многократно поглощаются и переизлучаются, поэтому путь наружу занимает чрезвычайно долгое время, хотя каждый отдельный фотон движется со скоростью света между взаимодействиями.
Во внешней конвективной зоне горячее вещество поднимается, остывает и опускается. На видимой поверхности этот процесс создаёт грануляцию – картину из ярких ячеек с более тёмными краями.
Поверхность, которой нет
Солнце не имеет твёрдой поверхности, на которую можно было бы встать. Видимый слой называется фотосферой. Его температура около 5500 градусов Цельсия, значительно ниже температуры ядра, но достаточно высока для яркого свечения.
Над фотосферой расположены хромосфера и корона. Корона простирается далеко в пространство и имеет температуру в миллионы градусов. Почему разреженная внешняя атмосфера горячее поверхности, остаётся активной областью исследований; важную роль играют магнитные процессы и волны.
О способах наблюдения за его слоями рассказывает материал «Почему астрономы пристально изучают Солнце?».
Солнечные пятна и магнитное поле
Солнечные пятна выглядят тёмными, потому что они холоднее окружающей фотосферы, а не потому что совершенно холодны. Их создают области сильного магнитного поля, которое меняет движение плазмы и перенос тепла.
Число пятен меняется примерно в 11-летнем цикле. При максимуме чаще происходят вспышки и выбросы корональной массы. Полный магнитный цикл длится около 22 лет, поскольку полярность меняется и затем возвращается к исходному направлению.
Солнечная вспышка – быстрое высвобождение электромагнитной энергии. Корональный выброс – огромный выброс плазмы и магнитного поля. Они могут происходить вместе, но это разные явления.
Солнечный ветер и Земля
Корона постоянно испускает поток заряженных частиц – солнечный ветер. Магнитное поле Земли отклоняет значительную часть потока. Возле полярных областей частицы взаимодействуют с верхней атмосферой и вызывают полярные сияния.
Сильные возмущения способны влиять на спутники, радиосвязь, навигацию и электрические сети. Они не «выжигают кислород» и не меняют погоду так же, как обычный циклон. Космическую погоду прогнозируют по наблюдениям за Солнцем и движением выброшенной плазмы.
Земная атмосфера и магнитосфера являются важными слоями защиты, но техника за их пределами более уязвима. Поэтому операторы спутников учитывают активность звезды.
Почему Солнце кажется жёлтым
Из космоса Солнце выглядит белым, потому что излучает широкий набор видимых длин волн. У поверхности Земли рассеяние коротковолнового света атмосферой может придавать диску желтоватый оттенок, особенно когда он находится низко над горизонтом.
На закате свет проходит более длинный путь через атмосферу, синие компоненты сильнее рассеиваются в стороны, и прямой свет становится оранжевым или красным. Цвет не означает, что сама звезда быстро остыла за вечер.
Нельзя смотреть на Солнце без специального сертифицированного фильтра. Обычные солнцезащитные очки, закопчённое стекло или фотоплёнка не обеспечивают надёжной защиты. Телескоп и бинокль концентрируют излучение и особенно опасны без правильного солнечного фильтра перед входной апертурой.
Как Солнце будет меняться
Примерно через несколько миллиардов лет водород в ядре истощится. Структура перестроится, внешние слои расширятся, и Солнце станет красным гигантом. Затем оно сбросит оболочку, а ядро останется белым карликом.
Оно недостаточно массивно, чтобы взорваться как сверхновая. Конкретные последствия стадии гиганта для далёкой будущей Земли зависят от потери солнечной массы и взаимодействия расширившихся слоёв, но условия для современной жизни исчезнут намного раньше из-за постепенного роста светимости.
Солнце – лишь одна звезда, но для Земли оно определяет освещение, климатическую энергию и орбитальное движение. Дополнительные сведения о звёздах, планетах и масштабах Вселенной собраны в материале «Интересные факты о космосе».
