Прошлое, настоящее и будущее Солнце

Когда мы говорим о звездах, прежде всего у нас возникает ассоциации со звездным небом, осыпанном россыпями огней. Гигантские расстояния до звезд измеряются тысячами световых лет. Поэтому мы привыкли ставить со словом «звезды» слово «далекие». А между тем самая настоящая звезда находится в шаге от нас. Эта звезда- Солнце, которая дарит жизнь нашей планете. Поэтому для нас это самая важная звезда, и человечеству просто необходимо серьезно исследовать Солнце, дарящее свет, тепло и энергию. А для этого надо знать прошлое, настоящее и будущее Солнца.

С древних времен люди наблюдали за Солнцем, боялись, почитали его как Бога, а также использовали для отсчета времени Культовые сооружения в древние времена строились большей частью так, чтобы по ним можно было определить точки восхода и захода Солнца в начале весны или лета. Одним из самых замечательных сооружений этого типа является громадное каменное кольцо Стоунхендж в Англии. Некоторые ученые считают, что Стоунхендж использовался как каменный компьютер для вычисления времени затмений.

Древний праздник человечества – Пасха – тоже связан с Солнцем, даже само слово «Пасха» в немецком, английском и других языках имеет один корень со словом «восток».

В это время года Солнце на своем пути достигает той точки на востоке, где начинается его весеннее восхождение. Рождество тоже приходится на время, когда полуденная высота Солнца перестает уменьшаться и начинает постепенно возрастать. Этот день 25 декабря, называют «солнцеворотом» - т. к. Солнце поворачивает от Зимы к Лету. Еще у древних римлян этот день считается праздником. Уже в XIII веке начались научные исследования нашего сверкающего светила, не прекращавшиеся на протяжении, веков. Но только в последние десятилетия, благодаря космическим полетам и работе учёных, мы получили новое представление о Солнце.

Так как же зарождалось наше Солнце? Ведь оно уже светит много миллиардов лет. Сначала Солнце было протозвездой, т. е. огромным вращающимся и сжимающимся газовым облаком. Под действием центробежных сил облако превратилось в диск. Протозвезду можно считать рождающейся звездой, которая собирается в шар силами гравитации. Эти силы стягивают вещество в центр Солнца, вызывая сжатие. Гравитационное сжатие приводит к быстрому повышению внутреннего давления и температуры. Тепло передается из горячих недр к более холодной поверхности. Протозвезда излучает эту энергию в космос. Сама она при этом светит темно-красным светом, пока температура внутри не достигла многих миллионов градусов, т. е. внутри Солнца начинаются реакции ядерного синтеза. В результате этих реакций высвобождается огромное количество энергии, которое с большой скоростью излучается в космическое пространство. Когда направленная наружу сила давления горячих газов приходит в равновесие с силами гравитации, стягивающими вещество к центру, протозвезда перестает сжиматься и начинает равномерно излучать свой собственный свет в космос. Протозвезда становится звездой. Таким образом пять миллиардов лет назад родилось наше Солнце. Оно окружено планетами. Есть среди них одна особенная. Благодаря Солнцу на ней зародилась жизнь во всём великолепном разнообразии её форм. Это наша Земля. Только Солнце способно нагреть Землю и поддержать на ней такую температуру, при которой вода и воздух не превращаются в ледяной панцирь. Только благодаря солнечному теплу может испаряться вода в океанах, которая затем выпадает на континенты животворными дождями. Только солнечное излучение даёт возможность расти и созревать растениям, которые обеспечивают нас пищей. Но нам не нужно беспокоиться, что лучи нашей дневной звезды вдруг погаснут. Учёные доказали, что Солнце будет светить ещё много миллиардов лет и обеспечивать жизнь на Земле.

В настоящее время наше Солнце относится к звёздам главной последовательности, следовательно сейчас наше Солнце – зрелая звезда. По сравнению с изменениями, происходящими в протозвездах, эволюция звёзд главной последовательности черпают свою энергию из реакций ядерного синтеза, в результате которых находящийся в центре водород превращается в гелий. Четыре ядра водорода объединяются в одно ядро гелия, которое по массе оказывается меньше, чем масса четырех ядер водорода, взятых по отдельности. Избыточная масса превращается в энергию и высвобождается.

Наше Солнце является одной из 200 миллиардов звёзд системы Млечный Путь, которую мы называем нашей Галактикой. Вместе со своими планетами Солнце движется со скоростью19. 4 км/ч в направлении яркой звезды Вега. Земля обращается вокруг Солнца, перемещающегося в пространстве. Солнце обращается со скоростью 250 км/с вокруг центра галактики и совершает один полный оборот за 200 млн. лет. Это время называют галактическим годом.

Как и остальные звезды, Солнце является самосветящимся горячим газовым шаром. Оно не имеет чётко ограниченной поверхности, как Земля. Диаметр солнечного диска, видимого невооруженным взглядом, составляет 1395000 километров, на которых поместятся 109 земных шаров. А всего в горячем теле Солнца могло бы поместится не менее 1300000 таких «шариков».

Масса Солнца в 333000 раз больше, чем у нашей планеты и составляет 99. 87% общей массы Солнечной системы. На долю всех планет, начиная с гигантского Юпитера и кончая небольшими кометами и лунами, остаются в сумме жалкие 0. 13%. Несмотря на такую огромную массу, Солнце является средней звездой. Существуют звезды, имеющие 100 солнечных масс, а есть и такие, чей размер сопоставим с орбитой Земли.

Человеку трудно даже представить, что такое Солнце на самом деле. В центре его температура 15 миллионов градусов, давление в 200 миллиардов раз выше, чем давление воздуха в земной атмосфере, плотность вещества в 7 раз больше, чем у самого плотного земного металла. Излучающая поверхность Солнца называется фотосферой. Она имеет зернистую структуру, называемую грануляцией. Каждое такое «зерно» размером почти с Германию и представляет собой поднявшийся на поверхность поток горячего вещества. Перенос энергии из центра солнечного шара наружу занимает около 10 миллионов лет. На фотосфере часто можно увидеть относительно небольшие тёмные области – солнечные пятна. Они на 15000 холоднее окружающей их фотосферы, температура которой достигает 58000. Из-за разницы температур с фотосферой эти пятна кажутся чёрными. Но если представить одно такое пятно на небе без окружающей его фотосферы, то оно было бы ярче луны.

Над фотосферой расположен более разреженный слой, называемый хромосферой, т. е. «окрашенной сферой». Такое называние она получила благодаря своему красному цвету. И наконец, над ней находится очень горячая, но и чрезвычайно разряженная часть солнечной атмосферы – корона – с температурой в несколько миллионов градусов. Сияние короны не столь ярко, как у более плотной фотосферы, и поэтому она не видна невооруженным глазом.

Долгое время считалось, что Солнце является безупречно «чистым» небесным телом. Но уже в 165 году до нашей эры китайские астрономы наблюдали чёрные «оспинки» на лике Солнца. В 1610 году великий астроном Галилео Галилей с помощью недавно изобретенного телескопа первым установил, что на Солнце действительно существуют пятна. С помощью этих тёмных точек Галилей доказал, что Солнце совершает один оборот вокруг своей оси примерно за месяц. В 1630 году иезуидский священник Кристоф Шейнер опубликовал книгу, где, основываясь на многочисленных наблюдениях пятен, он точно указал скорость вращения Солнца вокруг своей оси.

Обычно солнечные пятна возникают парами. Оба члена такой пары являются как бы полюсами подковообразного магнита, конечными точками силовых линий. Из одного пятна линии выходят к поверхности, а в другом входят внутрь Солнца. Магнитное поле появляется задолго до возникновения пятен. Но заявляет о своём существовании лишь тогда, когда начинает препятствовать поступлению тепла из внутренних слоёв поверхности Солнца. Области выхода и входа силовых линий при этом охлаждаются. Их и различают на поверхности как темные пятна.

Рядом с тёмными пятнами на фотосфере наблюдаются особенно яркие области. Именно поэтому им дали название факелы. Они примерно на 20000 горячее, чем окружающие их районы и часто встречаются по соседству с пятнами. Особенно хорошо видны пятна на краю Солнца. Над фотосферными факелами расположены хромосферные факелы. Факелы живут дольше, чем солнечные пятна, и принадлежат к долгоживущим образованиям на поверхности Солнца.

Наблюдения за Солнцем показали, что Солнце вращается вокруг своей оси с востока на запад. При этом во вращении Солнца есть одна особенность: на экваторе оборот солнца завершается быстрее, чем на высоких широтах. Это происходит потому, что Солнце газовый шар. Явление зависимости скорости оборота Солнца от широты называется дифференциальным движением.

Когда при полном солнечном затмении Луна закрывает яркую фотосферу, расположенная над ней хромосфера становится видимой. Протяженность этого слоя около 8000 км. Его температура увеличивается с высотой от 40000 до 5000000. Но хромосфера так разрежена, что её яркость очень мала. Хромосферный слой не имеет гладкой поверхности: на его верхней границе постоянно происходят горячие выбросы, называемые спикулами.

Часто, когда на Солнце имеются большие группы пятен, в хромосфере возникает мощный поток излучения. Его называют извержением или вспышкой. За несколько минут в маленькой области высвобождается энергия в 100000 биллионов кВт/ч. Вспышки вызывают изменения в магнитном поле Земли. Из-за них учащаются полярные сияния и возникают помехи в радиосвязи. Кроме того, в момент полных солнечных затмений невооруженным глазом можно часто наблюдать конусообразные или дугообразные всполохи света, похожие на языки пламени, высоко взвивающиеся из хромосферы. Это протуберанцы. Они представляют собой относительно плотные облака газа с температурой 200000. Они значительно ярче, чем окружающие их области со слабым излучением. Протуберанцы могут иметь различные формы, отличаются по размерам и долготе жизни. Такое многообразие явлений возникает благодаря магнитному полю. Типичный протуберанец имеет высоту примерно 400000 км и ширину 200000км. Некоторые протуберанцы достигают рекордной высоты в 3000000 км.

Корона – последняя внешняя оболочка Солнца. Несмотря на её очень высокую температуру, от 6000000 до 50000000, она видна невооружённым взглядом только во время полного солнечного затмения. Форма короны зависит от цикла солнечной активности. В периоды максимальной активности, когда много солнечных пятен, она круглая, а в минимуме – вытянута вдоль солнечного экватора. Поскольку температура короны очень велика, у неё особенно интенсивно рентгеновское излучение. Существуют горячие, активные и спокойные области, а так же корональные дыры с температурой 6000000, т. е. относительно невысокой. Из этих дыр в пространство выходят магнитные силовые линии. Они не имеют замкнутой формы и не стягивают пространство. Поэтому в корональных дырах особенно много частиц покидает Солнце. Поток частиц, исходящий из корональных дыр, мы называем солнечным ветром, который состоят из волнового излучения и потока заряженных частиц (протонов и электронов). Скорость солнечного ветра от 300 до 1800км/с. Из-за такого истечения вещества Солнце в год теряет 30 биллионов тонн своей массы. Но для нашей звезды это не много. За 5 миллиардов лет жизни Солнце потеряло из-за солнечного ветра лишь одну десятитысячную долю своей массы.

В конце своей жизни Солнце не будет просто медленно остывать, как думали раньше. Звезды не умирают тихо, а заканчивают своё существование в бурной борьбе со смертью. Когда полностью выгорит солнечное ядро, атомный огонь начнет медленно пожирать внешние слои звезды. Ядро, которое теперь состоит в основном из гелия, начинает сжиматься под действием гравитации. Горение водорода продолжается на границе между гелиевым ядром и окружающей его водородной оболочкой.

В результате горения водорода и гравитационного сжатия высвобождается огромное количество энергии, которое заставляет звезду расширяться до гигантских размеров. Солнце, не менявшее на протяжении миллиардов лет своего размера, начнёт увеличиваться в объёме и превратится в огромную красную звезду – красного гиганта. Она холодно яркая за счёт огромной площади излучения. Солнце, за исключением его ядра, остаётся низкой. Этот гигант поглотит Меркурий и Венеру и нагреет Землю до температуры свыше 10000, т. к. гравитационное сжатие вызывает повышение температуры внутри гелиевого ядра. При этих температурах протекают реакции ядерного синтеза, и гелий превращается в углерод. Но и этот период быстро закончится.

Затем звезда сбрасывается часть своей массы: наиболее удаленная от центра водородная оболочка Солнца улетит в космос. Эта прозрачное, как дымка, облачко называется планетной туманностью. После того будет сброшено газовое облачко, у звезд останется углеродное ядро, окружённое слоем горящего гелия. Звезда, которая исчерпала все своё ядерное топливо, не может больше противостоять силам гравитации. Поэтому она опять начинает сжиматься, и силы гравитации стягивают вещество в центр. Гравитационное сжатие вызывает очень сильное повышение температуры и давления, в результате чего от атомов отрываются электроны. Солнце станет горячим белым карликом. Наперсток, заполненный веществом белого карлика, имеет массу в несколько тонн, т. к. вещество его состоит в основном из электронов и ядер. Эти субатомные частицы могут располагаться ближе друг к другу, чем они находятся в атомах. Наконец, когда размер белого карлика достигнет размеров Земли, он не сможет больше сжиматься и станет очень плотным из-за того, силы гравитации сжали все их вещество до земных размеров. Сила тяжести на подобных белых карликах в 350000 раз больше чем на Земле.

Постепенно белый карлик остывает и превращается в тускло-красную звезду, излучающую в космос последние запасы энергии. Затем и это излучение прекратится, и белый карлик становится мертвым черным карликом.

Часто говорят, что наше Солнце закончит свою жизнь в виде черной дыры. Так называют небольшие, но очень массивные объекты, притяжение которых столь велико, что задерживает вблизи себя даже свет. Поэтому их невозможно увидеть. Плотность вещества в черных дырах составляет миллиарды тонн в кубическом сантиметре. Иногда черные дыры – это остатки звезд, но только очень больших. Такие же звезды, как наше Солнце, сжимаясь, становятся белыми карликами. Они не задерживают вблизи себя свет и хорошо видны в телескоп.

Таким образом закончит свою жизнь наше Солнце.

Но прежде всего следует помнить о том, что нашему Солнцу осталось жить еще около 5 миллиардов лет. Человечеству придется изобретать технические средства для переселения на иные планеты в других звездных системах. А вдали от Земли им нужно будет создать условия пригодные для жизни.

И все же мы не должны бояться будущей смерти нашего Солнца. Стоит вспомнить, что от момента изобретения телескопа до космических полетов прошло всего 350 лет, а у нас впереди еще пять миллиардов лет. Человечество обязательно использует этот шанс и найдет способ выжить в любых условиях.