Когда вы в последний раз смотрели вверх и поражались таинственной жизнедарующей силе, которую представляет собой Солнце? Если вы верите в теорию о том, что взгляд на Солнце делает вас слепым (что, собственно, правда), то, возможно, вы не проводите много времени, глядя на него.
Но это действительно чудо: Солнце согревает нашу планету каждый день, обеспечивает свет, благодаря которому мы видим, и необходимо для жизни на Земле. Оно также способно вызывать гибель клеток и слепоту. В него можно бы вместить 1,3 миллиона Земель. Оно создает достойные стихотворных описаний закаты и производит столько энергии, сколько 1 триллион мегатонн бомб каждую секунду.
Несмотря на свое великолепие и мощь, наше Солнце всего лишь обычная звезда с точки зрения вселенских стандартов. Его особенность заключается в его близком расположении к Земле.
Даритель жизни на Земле
Исследование 2023 года, опубликованное в журнале Life, предполагает, что строительные блоки жизни могли возникнуть из взаимодействия энергетических частиц Солнца и ранней атмосферы Земли. С помощью серии экспериментов исследователи смогли продемонстрировать, как солнечные частицы, сталкиваясь с газами, такими как диоксид углерода, молекулярный азот и метан, могут образовывать аминокислоты и карбоксильные кислоты — основные компоненты белков и органической жизни.
Для лучшего понимания того, как началась жизнь, ученые часто сосредотачиваются на том, как образовались компоненты, необходимые для жизни — аминокислоты. Одна из идей, придуманная Чарльзом Дарвином, предполагает, что жизнь могла начаться в "теплом маленьком пруду" химических веществ, получавших энергию от молний.
В 1953 году Стэнли Миллер воссоздал эту идею в лаборатории, создавая аминокислоты из смеси метана, аммиака, воды и молекулярного водорода, подвергнутой имитации молнии. Последующие исследования вызвали сомнения в подходе Миллера, выявив различия в составе ранней атмосферы Земли.
Но, возможно, молнии не были основным источником энергии? В 2023 году главный автор Владимир Айрапетян использовал данные миссии Кеплера НАСА, чтобы предположить, что мощные солнечные извержения, называемые сверхвспышками, от молодого Солнца могли вызвать химические реакции при столкновении с атмосферой Земли.
Теория образования
Согласно теории солнечного тумана, Солнце сформировалось около 4,5 миллиарда лет назад из массивного облака газа и пыли в космосе. Представьте себе огромное облако в космосе, которое сжимается и вращается под воздействием внешних сил. Это облако становится плоским, вращающимся диском, называемым солнечным туманом. В центре этого диска формируется звезда младенец и собирает вокруг себя материал.
Мелкие частицы в диске слипаются и образуют большие блоки, похожие на строительные блоки, которые превращаются в детские планеты. Когда звездный младенец становится действительно горячим, он начинает светиться, превращая водород в гелий, и именно тогда он становится Солнцем. Детские планеты вращаются, собирают еще частицы из диска и превращаются в планеты, которые мы знаем.
С течением времени планеты нагреваются и меняются внутри. Энергия Солнца создает ветер, который сдувает оставшийся газ, показывая нам планеты, луны, астероиды и кометы.
Солнце — это тоже звезда
Солнце — это звезда, как и другие звезды, которые мы видим на вечернем небе. Разница заключается в расстоянии: другие звезды, которые мы видим, находятся на расстоянии световых лет, в то время как наше Солнце находится всего в восьми световых минутах — на много тысяч раз ближе.
Официально Солнце классифицируется как звезда типа G2 на основе его температуры и длин волн или спектра света, которые оно излучает. Таких звезд типа G2 существует множество, и Солнце — всего лишь одна из миллиардов звезд, которые орбитируют вокруг центра нашей галактики, состоящей из тех же веществ и компонентов.
Части Солнца
Солнце состоит из газа. У него нет твердой поверхности. Тем не менее у него есть определенная структура. Три основных структурных области Солнца включают:
Ядро:
Центр Солнца, составляющий 25 процентов его радиуса.
Радиационная зона:
Секция, непосредственно окружающая ядро, составляющая 45 процентов его радиуса.
Конвективная зона:
Внешнее кольцо Солнца, составляющее 30 процентов его радиуса.
Над поверхностью Солнца находится его атмосфера, которая состоит из трех частей.
Фотосфера:
Самая внутренняя часть атмосферы Солнца и единственная часть, которую мы видим.
Хромосфера:
Зона между фотосферой и короной, горячее, чем фотосфера.
Корона:
Крайне горячий внешний слой, простирающийся на несколько миллионов миль от хромосферы.
Все основные особенности Солнца можно объяснить ядерными реакциями, которые производят его энергию, магнитными полями Солнца, вызванными движением газа, и его огромной гравитацией. (Из-за своего размера Солнце обладает достаточной гравитационной силой, чтобы удерживать все планеты в их орбитах вокруг Солнца.)
Внутренность Солнца: ядро
Ядро Солнца начинается с центра и распространяется на 25 процентов радиуса звезды. Его температура превышает 15 миллионов градусов Кельвина. В ядре гравитация тянет всю массу внутрь и создает высокое давление.
Давление достаточно высоко, чтобы заставить атомы водорода соединяться в ядерных реакциях слияния — что-то, что мы пытаемся эмулировать здесь, на Земле. Два атома водорода соединяются, чтобы создать гелий-4 и энергию на нескольких этапах:
- Два протона соединяются, чтобы образовать дейтерийный атом (атом водорода с одним нейтроном и одним протоном), позитрон (подобный электрону, но с положительным зарядом) и нейтрино.
- Протон и дейтерийный атом соединяются, чтобы образовать атом гелия-3 (два протона и один нейтрон) и гамма-луч.
- Два атома гелия-3 соединяются, чтобы образовать атом гелия-4 (два протона и два нейтрона) и два протона.
Эти реакции обеспечивают 85 процентов энергии Солнца. Оставшиеся 15 процентов идут от следующих реакций:
- Атом гелия-3 и атом гелия-4 соединяются, чтобы образовать атом бериллия-7 (четыре протона и три нейтрона) и гамма-луч.
- Атом бериллия-7 захватывает электрон и превращается в атом лития-7 (три протона и четыре нейтрона) и нейтрино.
- Литий-7 соединяется с протоном, чтобы образовать два атома гелия-4.
Атомы гелия-4 менее массивны, чем два атома водорода, которые начали процесс, поэтому разница в массе превращается в энергию, как описано в теории относительности Эйнштейна (E = mc²). Энергия излучается в различных формах света: ультрафиолетового света, рентгеновских лучей, видимого света, инфракрасного излучения, микроволновых и радиоволн.
Солнце также излучает энергетические частицы (нейтрино, протоны), которые составляют солнечный ветер. Эта энергия попадает на Землю, где она нагревает планету, управляет нашей погодой и обеспечивает энергией для жизни. Большинство ультрафиолетового излучения или солнечного ветра не вредит нам, потому что атмосфера Земли защищает нас.
Внутренность Солнца: радиационная и конвективная зоны
Радиационная зона распространяется от ядра и составляет 45 процентов радиуса Солнца. В этой зоне энергия от ядра передается наружу фотонами, или световыми частицами. Как только один фотон создается, он проходит около 1 микрона (1 миллионная доля метра), прежде чем быть поглощенным молекулой газа.
После поглощения молекула газа нагревается и излучает другой фотон той же длины волны. Переизлученный фотон проходит еще один микрон, прежде чем быть поглощенным другой молекулой газа, и цикл повторяется; каждое взаимодействие между фотоном и молекулой газа занимает время.
Примерно 1025 поглощений и повторных излучений происходит в этой зоне, прежде чем фотон достигнет поверхности, поэтому между созданием фотона в ядре и его достижением поверхности есть значительная временная задержка.
Конвективная зона, которая составляет около 30 процентов радиуса Солнца, доминируется конвективными потоками, которые передают энергию наружу к поверхности. Эти конвективные потоки — это поднимающиеся движения горячего газа рядом с опускающимися движениями холодного газа: это похоже на блеск в кипящем горшке с водой.
Конвективные потоки быстрее доставляют фотоны на поверхность, чем радиационный перенос, который происходит в ядре и радиационной зоне. Из-за множества взаимодействий между фотонами и молекулами газа в радиационной и конвективной зонах фотону требуется примерно от 100 000 до 200 000 лет, чтобы достичь поверхности.
Солнечные вспышки и солнечный ветер
Солнце не только создает свет и тепло, но также производит различные явления, включая солнечные вспышки и солнечный ветер. Солнечные вспышки — это внезапные и весьма энергичные выбросы энергии и излучения. Они могут повлиять на коммуникацию и навигацию на Земле, а также вызвать аномалии в работе электроники на спутниках и даже повредить ионосферу Земли.
Солнечные вспышки происходят в результате магнитных возмущений на Солнце, которые приводят к высвобождению энергии в форме сверхнагретых газов и высокоэнергетического излучения. Эти выбросы энергии могут быть такими мощными, что они могут видоизменять магнитное поле Земли и вызывать северное или южное сияние (ауроры) в более широких зонах, чем обычно.
Солнечный ветер — это поток заряженных частиц, исходящих из атмосферы Солнца. Этот поток частиц включает в себя электроны и протоны, которые двигаются со скоростями, превышающими скорость звука и создающие небольшое давление на солнечную систему. Солнечный ветер также может влиять на магнитное поле Земли и вызывать красивые явления, такие как сияние северного и южного полюсов.
Смерть Солнца
К сожалению, Солнце не будет сиять вечно. В какой-то момент оно исчерпает запас водорода, доступный для ядерных реакций, и начнет изменять свою структуру и характер. Когда это произойдет, Солнце взорвется в яркую суперновую и затем станет белым карликом.
Это произойдет через миллиарды лет, и нам не стоит беспокоиться об этом на данный момент. Солнце только на полпути своей жизни, и оно будет сиять еще много миллиардов лет, обеспечивая нам свет и тепло, необходимые для жизни на Земле.
Солнце — это наш ближайший источник света и тепла, и оно играет решающую роль в поддержании жизни на Земле. Его строение и функции — это результат сложных физических процессов, происходящих в его глубокой внутренности и атмосфере. Солнце также создает различные феномены, такие как солнечные вспышки и солнечный ветер, которые могут влиять на нашу планету. Несмотря на свою огромную мощь, Солнце также имеет ограниченный срок жизни и, когда настанет его конец, это будет событием космической значимости.
