Презентация на тему: "Солнце".

СОЛНЦЕ, СОСТАВ И ВНУТРЕННЕЕ СТРОЕНИЕ

Энергия и температура Солнца

Солнце – центральное тело Солнечной системы –

является типичным представителем звезд,

наиболее распространенных во Вселенной тел.

Масса Солнца составляет 2•10 30 кг.

Как и многие другие звезды, Солнце представляет собою огромный шар, который состоит из водородно-гелиевой плазмы

и находится в равновесии в поле собственного тяготения.

Солнце излучает в космическое пространство колоссальный по мощности поток излучения, который в значительной мере определяет физические условия на Земле и других планетах, а также в межпланетном пространстве.

Земля получает всего лишь одну двухмиллиардную долю солнечного излучения. Однако и этого достаточно, чтобы приводить в движение огромные массы воздуха в земной атмосфере, управлять погодой и климатом на земном шаре.

Большинство источников энергии, которые использует человечество, связаны с Солнцем.

Тепло и свет Солнца обеспечили развитие жизни на Земле, формирование месторождений угля , нефти и газа .

Количество приходящей от Солнца на Землю энергии принято характеризовать солнечной постоянной .

Солнечная постоянная – поток солнечного излучения, который приходит на поверхность площадью 1 м 2 , расположенную за пределами атмосферы перпендикулярно солнечным лучам на среднем расстоянии Земли от Солнца (1 а.е.).

Солнечная постоянная равна 1,37 кВт/м 2 .

Умножив солнечную постоянную на площадь поверхности шара, радиус которого 1 а.е., определим полную мощность излучения Солнца, его светимость , которая составляет

L = 4•10 26 Вт.

Определим температуру фотосферы Солнца.

Энергия, излучаемая нагретым телом с

единицы площади, определяется законом

Стефана–Больцмана: ,

где .

Светимость Солнца:

или .

Отсюда

Зная расстояние до Солнца (150 000000 км) и угловой диаметр солнечного диска (≈ 30 ‘ ) нетрудно вычислить его линейные размеры и площадь поверхности.

Радиус Солнца равен ≈ 700 000 км.

Подставив в формулу численные значения входящих в нее величин, получим T = 6000 K .

Такая температура может поддерживаться лишь за счет постоянного притока энергии из недр Солнца.

Состав и строение Солнца

Для изучения Солнца используются телескопы особой конструкции – башенные солнечные телескопы .

Система зеркал непрерывно поворачивается вслед за Солнцем и направляет его лучи вниз на главное зеркало, а затем они попадают в спектрографы или другие приборы, с помощью которых проводятся исследования Солнца.

Башенный солнечный телескоп Крымской астрофизической обсерватории БСТ-1 (1957 г.)

Благодаря большому фокусному расстоянию солнечных телескопов (до 90 м) можно получить изображение Солнца диаметром до 80 см и детально изучать происходящие на нем явления.

Они лучше видны на спектрогелиограммах – снимках Солнца, которые сделаны в лучах, соответствующих спектральным линиям водорода, кальция и некоторых других элементов.

Солнце в красных лучах излучения водорода

Солнце в ультрафиолетовых лучах

Солнце в рентгеновских лучах

Важнейшую информацию о физических процессах на Солнце дает спектральный анализ .

В спектре Солнца Йозеф Фраунгофер в 1814 г. обнаружил и описал линии поглощения , по которым, как стало ясно почти полвека спустя, можно узнать состав его атмосферы.

Йозеф Фраунгофер

Солнечный спектр

В настоящее время в солнечном спектре зарегистрировано более 30000 линий, принадлежащих 72 химическим элементам.

Спектральными методами гелий (от греческого «гелиос» – солнечный) был сначала открыт на Солнце и лишь затем обнаружен на Земле.

Химический состав Солнца:

• водород составляет около 70% солнечной массы,
• гелий – более 28%,
• остальные элементы – менее 2%. Количество атомов этих элементов в 1000 раз меньше, чем атомов водорода и гелия.

Вещество Солнца сильно ионизовано : атомы, потерявшие электроны своих внешних оболочек и ставшие ионами, вместе со свободными электронами образуют плазму .

Средняя плотность солнечного вещества примерно 1400 кг/м 3 . Она соизмерима с плотностью воды и в 1000 раз больше плотности воздуха у поверхности Земли.

Диаграмма химического состава Солнца

Для вычисления температуры воспользуемся уравнением Клапейрона–Менделеева:

.

Поскольку ,,

где R –универсальная газовая постоянная, а М– молярная масса водородной плазмы.

Если считать, что в состав вещества входят в равном количестве протоны и электроны, то она примерно равна 0,5 • 10 -3 кг/моль.

Тогда Т = 2,8•10 6 К.

При высокой температуре в центральной части Солнца протоны, которые преобладают в составе солнечной плазмы, имеют столь большие скорости, что могут преодолеть электростатические силы отталкивания и взаимодействовать между собой.

В результате такого взаимодействия происходит термоядерная реакция : четыре протона образуют альфа-частицу (ядро гелия).

Все три типа нейтрино (электронное, мюонное и таонное) столь слабо взаимодействуют с веществом, что свободно проходят сквозь Солнце и Землю.

Кинетическая энергия, которую приобретают образующиеся в ходе реакции частицы, поддерживает высокую температуру плазмы, и тем самым создаются условия для продолжения термоядерного синтеза.

Энергия гамма-квантов обеспечивает излучение Солнца.

Из недр Солнца наружу энергия передается двумя способами:

излучением , т. е. самими квантами, и конвекцией , т. е. веществом.

Выделение энергии и ее перенос определяют внутреннее строение Солнца:

ядро – центральная зона, где при высоком давлении и температуре происходят термоядерные реакции;

«лучистая» зона , где энергия передается наружу от слоя к слою в результате последовательного поглощения и излучения квантов;

наружная конвективная зона , где энергия от слоя к слою переносится самим веществом в результате перемешивания (конвекции).

Каждая из этих зон занимает примерно 1/3 солнечного радиуса.

Сразу за конвективной зоной начинается атмосфера , которая простирается далеко за пределы видимого диска Солнца.

Ее нижний слой – фотосфера – воспринимается как поверхность Солнца.

Верхние слои атмосферы непосредственно не видны и могут наблюдаться либо во время полных солнечных затмений, либо из космического пространства, либо при помощи специальных приборов с поверхности Земли.