Слънцето: структура и обяснение на звездата на Слънчевата система

[nikolaustirol]

Благодаря на всички проявили интерес към моите теми и Космоса. В тази тема ще се опитам да дам основната информация за нашата звезда - Слнцето и отчасти за нашата планетарна система - Слънчевата система. Материалът е огромен и неизчерпаем. Изследванията продължават непрекъснато. Нямам претенции за пълно и обстоятелствено изложение на материала. По-скоро е синтезирано и схематично.  За съжаление няма възможност за прикачване на видео и не мога да кача моите лични видео-файлове за Слънцето. Слагам няколко снимки направени от мен през телескопа Хъбъл.

Слънцето е единствената звезда, която е ясно видима за нашите очи. Явява ни се като жълта сфера и, без да осъзнаваме, оказва значително влияние върху ежедневието ни. Всъщност няма съмнение, че един слънчев ден, с красиво слънце и мек климат ни кара да искаме да се разходим на открито или край морето и ни зарежда с добро настроение.

Любопитно
Слънцето има полезни въздействия за нашето тяло, но прекомерното излагане на слънчева светлина може да причини вредни ефекти върху кожата, която трябва да бъде защитена с подходящи кремове. Слънцето също може да бъде вредно за здравето на очите ни, като причинява фотокератит и фотоконюнктивит. Затова е добра идея винаги да пазим очите си! Освен това тенът е защитна реакция на кожата ни срещу слънчевите лъчи.

Произходът на Слънцето и Слънчевата система

Различните теории за раждането на Слънчевата система

Историята на Слънчевата система датира отпреди около 5 милиарда години и дори днес нейното формиране и еволюция са в центъра на множество научни изследвания. Всъщност през годините са формулирани различни теории за раждането на Слънчевата система, някои от които се считат за напълно неприемливи.

Мъглявинната теория на Кант и Лаплас

Първите изследвания в "модерен ключ" датират от 1755 г., когато Кант, по-късно подкрепен от Лаплас, развива хипотезата за мъглявината (небула и небуларна теория). Според небуларната теория на Кант и Лаплас, Слънчевата система произлиза от мъглявина, която първоначално се върти около себе си. По-късно, благодарение на ефекта на гравитацията, този облак е започнал да се свива, увеличавайки скоростта си на въртене, докато приеме сплескана форма, в която централното ядро е заобиколено от външен диск. Посредством действието на центробежната сила, пръстени от газообразен материал са се отделили и отдалечили от централната маса, която, след като се кондензира, е създала планети и сателити.

Теорията за натрупването (акумулирането)

в наши дни обаче се счита за приемлива теорията за натрупването, според която Слънцето и другите тела на Слънчевата система са се образували едновременно в първичен облак, богат на водород, хелий и прах. Първоначалната мъглявина, имайки бавно движение на въртене около себе си, е започнала да се свива преди около 5 милиарда години и под натиска на гравитационната сила е започнала да се свива върху себе си, приемайки формата на сплескан диск. В центъра на този диск по-голямата част от първоначалната материя се е натрупала, докато остатъчната материя се е кондензирала наоколо, създавайки поредица от периферни пръстени във въртене. Гравитационният колапс на централната област, по-плътна и по-гореща, е довела до образуването на Слънцето, докато в периферните пръстени, по-студени и с по-малка плътност, след натрупването и кондензацията на прах и газ, са се образували планетите.

Слънцето

Слънцето е на около 149,6 милиона километра от нас, има диаметър, равен на 110 земни диаметъра и обем, по-голям от повече от един милион земни обема. Поради средната слънчева плътност, значително по-ниска от тази на Земята (около 5,5 g / cm3), беше възможно да се предположи наличието на леки елементи като водород (94%) и хелий (5,9%). Следователно Слънцето се счита за най-близката звезда до Земята и е единственото, което, когато погледнем към небето, не ни изглежда като точка, а като гигантска сфера от йонизиран газ, който излъчва енергия във всички посоки на пространство под формата на електромагнитно излъчване. Само малка част от енергията (около половин милиард от общата енергия, излъчвана от Слънцето) достига земната повърхност, оказвайки значително влияние върху биологичните цикли, климата, светлината и косвено човешките дейности. 

Подобно на другите звезди, Слънцето е сфера с много висока температура: слънчевата повърхност всъщност докосва 6000 K, докато „сърцето“ на Слънцето, където водородът се трансформира в хелий, достига температури от около 15 милиона K.

Слънцето също се счита за стара и стабилна звезда, характеризираща се основно с два вида движение: транслационно движение, което извършва заедно със Слънчевата система, и ротационно движение в посока запад - изток около собствената си ос.

Структурата на Слънцето

Двете зони на Слънцето

Слънцето е сфера от газ с много висока температура, разделена на концентрични зони, различни по температура, налягане и плътност. За простота, Слънцето е основно разделено на две зони: вътрешна зона, която не се вижда, и външна зона (слънчева атмосфера).
Вътрешната зона се състои от ядрото, радиационна зона и конвективна зона, докато външната зона се състои от фотосферата, хромосферата и слънчевата корона.

Подразделене на вътрешната зона

Централното ядро е мястото на термоядрените реакции, които генерират енергията на звездата. Неговото налягане, неговата плътност и неговата температура достигат много високи стойности, така че настоящата материя се трансформира в плазма.
Радиационната зона, наричана още радиационна зона, се простира около ядрото, като абсорбира енергията, произведена от последното, и я предава чрез излъчване към най-външните конвективни слоеве. В тази област материята е под формата на плазма и газовете не могат да се движат свободно поради наличното високо налягане.
Конвективната зона или конвекционната зона има дебелина около 30% от слънчевия лъч, намира се непосредствено над радиационната зона и се характеризира с конвективни движения на газа, които позволяват пренос на топлина към повърхността на Слънцето.

Подразделене на външната зона

В съседство с конвективната зона е фотосферата, светещият диск, който виждаме. Фотосферата е областта, която филтрира и приема енергията, произведена вътре в Слънцето, тя се състои от 90% водород и около 10% хелий, има повърхностно налягане, равно на 1/10 от това на земята и има средна температура от 6000 K, което определя жълтия цвят на Слънцето.Фотосферата се характеризира с наличието на светли и топли области, наречени гранули, които изчезват след няколко минути, за да бъдат заменени с нови гранули, както и с по-тъмни и по-студени области, известни като слънчеви петна.
Непосредствено над фотосферата, в продължение на около 10 000 км, има неправилен слой от разреден и нажежен газ, известен като хромосфера, характеризиращ се с червеникав цвят, дължащ се на водородните атоми, които излъчват цветна радиация при ниско налягане.
Последният слой на Слънцето е слънчевата корона, регион, който не е добре разграничен, състоящ се от йонизирани газове, разпределени по неравномерен начин, и от зони без газ, наречени коронални дупки. Поради много високите температури, които характеризират короната, протоните и електроните, присъстващи в йонизираните газове, за да избягат от гравитационното привличане на Слънцето, създават потоци във всички посоки на космоса: това явление е известно като слънчев вятър. Слънчевата корона и хромосферата съставляват външната атмосфера на Слънцето.

Периоди на слънчева активност

Повърхността на Слънцето може да изглежда като изключително тих регион. В действителност слънчевата повърхност се характеризира с редуване на тихи периоди, известни като тихо слънце, и периоди на слънчева активност.
Най-известните слънчеви дейности са слънчеви петна, големи тъмни и студени области във фотосферата и характеризиращи се с централно ядро (сянка), заобиколено от светла зона (полусянка).

Слънчеви петна

Слънчевите петна обикновено имат кратък живот, срещат се в групи или по двойки и непрекъснато променят позицията си спрямо екватора в зависимост от географската ширина. Всяко слънчево петно е свързано с локално магнитно поле, което възпрепятства притока на горещи газове в Слънцето и което вероятно е отговорно за намаляването на температурата в тези области.

Слънчевите петна обикновено се характеризират с четири активни зони:

 

1.Факулите са изключително ярки области в близост до слънчеви петна
2. Протуберансите са огромни емисии на нажежен материал, който се отдалечава от слънцето
3. Спикулите са "езици" от водород, които пресичат фотосферата и проникват в слънчевата корона
4.Изригванията се проявяват като интензивна яркост на фотосферата в съответствие с група от слънчеви петна. По време на изригване се освобождава огромно количество енергия под формата на рентгенови лъчи, ултравиолетова радиация и радиовълни, което може да има последствия върху екипажите на космическите мисии. Изригванията често се свързват с масивни коронарни изхвърляния, известни като бури или слънчеви изригвания.

Слънчеви бури

Слънчевите бури са явления, при които възникват силни емисии на материя от слънчевата корона, която генерира т. нар. слънчев вятър, който представлява рояк от високоенергийни частици, които за малко повече от 24 часа достигат магнитното поле на Земята. Поради много фактори не е сигурно, че рояка от частици ще достигне Земята, но е много по-вероятно да стигне до полюсите. 

Единственият сигурен факт е, че във фотосферата, в съответствие със слънчевите петна, има интензивни магнитни полета, които по време на изригвания освобождават огромни количества енергия, превръщайки я в кинетична, топлинна и радиационна енергия. Пристигането на слънчева буря може да причини множество неудобства на Земята и нейните жители: всъщност могат да бъдат открити щети на GPS системи, телекомуникационни сателити или дори истински прекъсвания на тока на цели региони. Друга последица от появата на слънчева буря ще бъде увеличаването на различни заболявания, като тумори, които няма да се проявят веднага, а през следващите години. Това би било причинено от факта, че слънчевата радиация, засягаща планетата, може да достигне до нас, дори ако е заглушена от защитата на атмосферата и нашето магнитно поле. Проучванията върху Слънцето също показват, че неговата активност се увеличава или намалява с годините. Въз основа на тези данни може да се предположи, че мега слънчева буря се случва на всеки 150 години. Историята припомня четири важни слънчеви бури, които се превърнаха в магнитни бури с висок интензитет за Земята: през 1859, 1921, 1989 и 2003 г. При нито едно от тези събития човечеството не е имало големи проблеми, но единствената последица, преди всичко през 1859 г., беше появата на северно сияние. Северното сияние, наричано още Полярно или Южно сияние в зависимост от полукълбото, в което се появява, е грандиозен оптичен феномен на земната атмосфера, причинен от взаимодействието между слънчевите частици и газовете, присъстващи в атмосферата.
Това явление се причинява от йонизацията на атомите, присъстващи в най-външната област на земната атмосфера, което води до излъчване на слаба цветна светлина, която може да се наблюдава само в полярните области, тъй като слънчевите корпускули могат да проникнат в атмосферата.

 

[Гост]

преди 9 минути, nikolaustirol написа:

грандиозен оптичен феномен на земната атмосфера, причинен от взаимодействието между слънчевите частици и газовете, присъстващи в атмосферата.

Тук има малко разминаване с реалността. Полярното сияние на първо място се дължи на земното магнитно поле, което е щит срещу потоците частици с високи енергии. Те(частиците) се отклоняват от пътя си по силовите линии на полето и така спасяват задниците ни от облъчване. В същност, без магнитното поле и радиационните пояси на Ван Ален, нямаше да има и северно сияние. Тази тема е много обширна и аз имам само общи знания.

[nikolaustirol]

преди 9 минути, NEVADA написа:

Тук има малко разминаване с реалността. Полярното сияние на първо място се дължи на земното магнитно поле, което е щит срещу потоците частици с високи енергии. Те(частиците) се отклоняват от пътя си по силовите линии на полето и така спасяват задниците ни от облъчване. В същност, без магнитното поле и радиационните пояси на Ван Ален, нямаше да има и северно сияние. Тази тема е много обширна и аз имам само общи знания.

Това е част от обяснението на явлението, което е доста комплексно по своя характер. Ще се опитам съвсем синтезирано да дам описание: СЕВЕРНО СИЯНИЕ, КАКВО Е ТОВА - Северното сияние е един от най-очарователните природни феномени, срещащи се на земното кълбо. Характеризирано със светлинни следи, които, приемайки различни цветове в зависимост от наличните във въздуха газове, се проявяват в небето, Северното сияние попада в категорията на оптичните явления на атмосферата, която също включва светкавици, дъги и глорие.
На по-стриктно научно ниво Северното сияние се произвежда от слънчеви частици, съставени предимно от електрони, които се изтласкват срещу магнитното поле на Земята с голяма скорост, като по този начин се сблъскват с атомите на газовете, присъстващи в най-външните слоеве на земаната атмосфера. Това голямо движение на частици произвежда енергия, като генерира в очите ни светлина с различни дължини на вълната: така наречените аврорални дъги. Поради особената геометрия на магнитното поле на Земята, зарядът на електроните на Слънцето е насочен към двата магнитни полюса на Земята - Северния и Южния полюс.По тази причина би било по-правилно да се нарече явлението полярно сияние , след което го разграничаваме в Северното сияние или Южно сияние в зависимост от полукълбото, в което се среща.

[nikolaustirol]

Северното сияние се образува в резултат на взаимодействието между заредени частици от Слънцето (протони и електрони) и молекулите на газовете, които изграждат йоносферата на Земята (атмосфера между 100 и 500 km надморска височина). Първите, общо определяни като "слънчев вятър", се движат  с много високи скорости по линиите на магнитното поле към двата магнитни полюса на Земята, където при сблъсък с атмосферата произвеждат видима светлина.

[Гост]

преди 1 час, nikolaustirol написа:

линиите на магнитното поле към двата магнитни полюса на Земята, където при сблъсък с атмосферата произвеждат видима светлина.

Магнитното поле се простира на хиляди километри от земната повърхност и е близо само до магнитните полюси. Сигурно за това само там има сияния.

[baitexpo]

А как ще се отрази влиянието на Слънцето на тези дето щели да се връщат на Луната?

[nikolaustirol]

преди 12 часа, baitexpo написа:

А как ще се отрази влиянието на Слънцето на тези дето щели да се връщат на Луната?

Това е интересен въпрос! Благодаря, че го зададохте. Радиационното излъчване на Слъбцето, като космическата радиация идваща от Космоса са един от основните проблеми с които трябва да се преборим. Вече имаме опит с астронавтите пребиваващи за дълъг период от време в Космоса - в МКС. Скафандрите с които се излиза в открития Космос са предвидени да дадат максимална защита на човешкия организъм по време на работата извън МКС или космическия кораб. Разбира се, има още много да се работи по този проблем. Ако наистина Ви нтересува ще се постарая да напиша повече по въпроса.

[nikolaustirol]

Ето няколко снимки на Слънцето направени с различна дължина на вълната. Виждат се както слънчевите протуберанси, така и т.нар. "слънчеви петна". Авторските права над снимките са запазени и са мои.

[Гост]

През годините се говореше, че ледниковите периоди, през които е преминала Земята, са следствие на промени в слънчевата константа респ. промяна на падащата енергия на повърхността. Има и други мнения по въпроса, а именно, че Слънчевата система е преминавала през еклиптиката на галактиката, където има повече прах и газове, спиращи топлината. Какво е актуалното мнение по този въпрос?

[nikolaustirol]

преди 3 часа, NEVADA написа:

През годините се говореше, че ледниковите периоди, през които е преминала Земята, са следствие на промени в слънчевата константа респ. промяна на падащата енергия на повърхността. Има и други мнения по въпроса, а именно, че Слънчевата система е преминавала през еклиптиката на галактиката, където има повече прах и газове, спиращи топлината. Какво е актуалното мнение по този въпрос?

От астрономическите теории за произхода на ледниковите периоди, тази на Крол, сред тези преди работата на Миланкович, е най-известната и тази, която със своите недостатъци е осигурила най-голяма подкрепа за критика. Според Крол произходът на секуларните климатични вариации трябва да се търси в секуларните вариации на земната орбита, съчетани с феномена на прецесията на равноденствията и изместването на перихелия. От друга страна, не се приписва никакво значение на промените в наклона на еклиптиката. Различната продължителност на сезоните зависи от ексцентричността на орбитата, докато положението на пролетното равноденствие зависи от прецесията и следователно от това дали зимата на дадено полукълбо ще протече със Земята в перихелий или в афелий. Видяхме, че независимо от ексцентрицитета и положението на равноденствието, общото количество слънчева радиация, което получава едно полукълбо, е равно на количеството, получено от противоположното полукълбо. Интуитивно се разбира, че ако по време на половин оборот Земята е по-близо до Слънцето и следователно интензитетът на полученото лъчение е по-голям, по време на другия половин оборот интензитетът на лъчението е по-малък, но продължителността на лъчението е по-дълго.слънчева светлина. Но именно защото продължителността на двете зими не е една и съща, средната дневна интензивност на радиацията, получена от двете полукълба през съответните им зими, няма да бъде еднаква. Едното полукълбо ще има дълга, студена зима, другото - кратка, сравнително топла зима.