Загальні відомості про Сонце
Сонце - центральне і наймасивніше тіло в Сонячній системі. Це потужне джерело енергії, яку воно постійно випромінює в усіх ділянках спектра електромагнітних хвиль. Його випромінювання впливає на всі тіла системи. Сонце це одна із ста мільярдів зір нашої Галактики. Воно видиме із нашої планети із середнім кутовим діаметром 32'. Світло до Землі доходить за 8 хв 20 с.
Маса Сонця приблизно в 333 000 разів більша за масу Землі та у 750 разів більша за масу всіх інших планет, разом узятих. Діаметр Сонця дорівнює 1 млн 392 тис. км. Вимірювання за межами земної атмосфери показують, що на площу 1 м2, розташовану перпендикулярно до сонячних променів, щосекунди надходить 1,37 кВт енергії. Це значення практично не змінюється протягом тривалого часу, тому називається - сонячна стала. Максимум сонячного випромінювання припадає на оптичний діапазон.
Світність Сонця випромінювану у всіх напрямках за одиницю часу, визначають так: значення сонячної сталої множать на площу сфери радіусом в одну астрономічну одиницю. На Землю потрапляє лише близько половини мільярдної частини сонячної енергії.
Спектр і хімічний склад Сонця
Майже всі знання про Сонце ґрунтуються на вивченні його спектра. Хімічні елементи, які наявні в атмосфері зірки, поглинають з неперервного спектра, випромінюваного фотосферою, світло певної частоти. У результаті в неперервному спектрі з'являються темні лінії.
576 Темних ліній сонячного спектра уперше вивчив i замалював Йозеф Фраунгофер. Він правильно вказав, що джерело темних спектральних ліній це сонячна атмосфера. За положенням у спектрі й інтенсивністю ліній можна встановити, які хімічні елементи присутні в сонячній атмосфері. На сьогодні досліджено понад 30 тис. ліній для 70 хімічних елементів присутніх в атмосфері Сонця. Аналіз спектральних ліній показав, що на світилі переважає Гідроген – понад 70 % маси Сонця, Гелій - близько 25% і лише близько 2 % припадає на інші 98 елементів.
Внутрішня будова Сонця
3 наближенням до центра Сонця збільшуються, досягаючи максимальних значень, температура, густина і тиск.
Високий тиск усередині спричиняють дією вище розміщені шари. Силі тяжіння, яка прагне стиснути Сонце, протидіє пружність гарячого газу й тиск випромінювання, що йдуть з надр. Ці сили прагнуть розширити Сонце. Тяжіння, з одного боку, а пружність газів і тиск випромінювання, з іншого боку, урівноважують одне одного. Рівновага має місце в усіх шарах Сонця, від поверхні до центру. Такий стан зір називають гідростатичною рівновагою. Цю ідею висунув англійський астрофізик Артур Еддінгтон (1924 р). Вона дала змогу скласти рівняння, за яким розраховують моделі внутрішньої будови всіх зір втім числі і Сонця.
За обчисленнями та розрахунками випливає, що температура в центрі Сонця сягає 15 млн градусів. В цій частині генерується енергія Сонця.
Сонячна речовина в основному складається з водню. За величезного тиску і температури протони рухаються зі швидкостями сотні кілометрів за секунду. Усередині світила (до 0,3 радіуса від центра) створюються умови сприятливі для термоядерних реакцій перетворення атомів легких хімічних елементів в більш важкі атоми. З ядер Гідрогену утворюється Гелій. Із 4 ядер Гідрогену утворюється одне ядро Гелію. На проміжних стадіях утворюються ядра Дейтерію і Тритію. Цю реакцію називають протон-протонною. Під час реакції невелика кількість маси ядер Гідрогену втрачається перетворюючись у величезну кількість енергії, яка й підтримує випромінювання Сонця. Ця енергія передається назовні. Усередині (від 0,3 до 0,7 радіуса від центра) перебуває зона променистої рівноваги енергії, де енергія поширюється через поглинання та випромінювання γ -квантів.
Народжені в центрі γ - кванти мають енергію в мільйони разів більшу, ніж енергія квантів видимого світла. Довжина хвилі цих квантів дуже мала. У процесі поглинання квантів атомами й подальшого їхнього пере випромінювання відбуваються поступове зменшення їхньої енергії та збільшення довжини хвилі. Кількість квантів під час цього процесу збільшується. Потужні γ- кванти згодом діляться на рентгенівські, ультрафіолетові, видимі, інфрачервоні промені.
У частині останньої третини радіуса є конвективна зона в якій енергія передасться не випромінюванням, а за допомогою конвекції. Причина виникнення цього процесу у зовнішніх шарах та сама, що й у киплячої води: кількість енергії, що надходить, набагато більша від тієї, що передається теплопровідністю. В результаті речовина рухається і сама переносить тепло. Конвективна зона практично проходить до фотосфери Сонця.
Джерела енергії Сонця
Згідно аналізів різних порід, як Землі так і космічних, Сонячна система виникла близько 4,7 млрд років тому. Сонце існує близько 5 млрд років. І за останні 3 млрд років світність його майже не змінилася. Повна енергія Сонця, виділена за цей час, дорівнює Еʘ = Lʘt = 3,5 – 1043 Дж. Поділивши повну енергію на повну масу, одержимо, що кожен кілограм сонячної речовини виділив близько 1,8х1013 Дж енергії. Через те, що ми не врахували перші 2 млрд років це значення ще більше
У середньому Сонце втрачає приблизно 4 млн тонн водню за секунду. Це значення незначне порівняно з повною масою зірки. Розрахунки показують, що водню достатньо ще на 5 млрд років.
Реєстрація сонячних нейтрино
Нейтрино це єдиний вид випромінювання, що надходить до Землі з найглибших надр зір і несе в собі інформацію про їхню внутрішню будову та про процеси які там відбуваються. Сучасні засоби дають змогу виявляти випромінювання нейтрино лише нашого світила і найновіших зір Галактики.
Нейтрино це один із продуктів протон-протонного циклу. Вони здатні проникати крізь товщу зорі, несучи частину енергії безпосередньо з центральних областей. Але нейтрино мають величезну проникаючу здатність, тому їх важко реєструвати.
Реєстрація нейтрино має дуже важливе значення. Ґрунтуючись на даних про масу, світність і радіус Сонця, можна отримати дані про тиск, густину, температуру та хімічний склад на різних відстанях від центра. Підтвердження коливань нейтрино разом з попередніми дослідженнями дають можливість встановити верхню межу на передбачувану масу нейтрино. Об'єднуючи це з очікуваним числом нейтрино у всьому Всесвіті, було оцінено, що загальна маса нейтрино приблизно рівна загальній масі всіх видимих зір Всесвіту.