Солнечная астрономия

Что такое солнечная система. Местоположение солнечной системы во вселенной

Зададимся вопросом - что такое солнечная система и где она находится?

Солнечная система является частью Галактики Млечного Пути (другие наименования: Магелланово Облако, или по советской классификации Наша галактика).

Млечный Путь - это спиральная галактика ($S$) с перемычкой (кроме спиральных существуют эллиптические ($E$) и неправильные ($lrr$) галактики).

Млечный Путь и галактика Андромеды, а также более сорока карликовых галактик-спутников образуют Местное сверхскопление (Сверхскопление Девы).

Солнечная система находится на периферии Млечного Пути (см. рисунок 1).

Рисунок 1. Солнечная система в Галактике Млечного Пути. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Солнечная система включает в себя восемь (по другой версии - девять, а возможно и десять, как считать) планет со своими спутниками (у некоторых их нет) и другие космические объекты, перечисленные ранее.

Химическая структура и основные характеристики Солнца

Солнце является центральной звездой Солнечной системы, других звёзд в ней нет.

Спектральная классификация относит Солнце к типу $G2V$, т.е. к жёлтым карликам. Солнце имеет среднюю плотность 1409 кг/м³ (что превышает плотность воды на 40%). На поверхности Солнца средняя температура составляет 5780 Кº(≈6000 Сº)

Визуально получается, что свет Солнца практически белый, в тоже время оттенок света Солнца, наблюдаемый у поверхности Земли, кажется, скорее, жёлтым, так как происходит сильное рассеяние и его коротковолновая часть поглощается земной атмосферой.

Солнечный свет обеспечивает сохранение жизни на Земле, давая возможность осуществления фотосинтеза, климат Земли также зависит от интенсивности излучения Солнца.

Основные химические элементы в структуре Солнца: массовая доля водорода около 73 %, объёмная 92 %, гелия примерно 25 % и до 7 % соответственно.

Остальные элементы имеют довольно малую долю по отношению к водороду (соотношение количества атомов):

• $C - 3,98 • 10^{-4}$
• $Ne - 1,23 • 10^{-4}$
• $N – 1 • 10^{-5}$
• $Fe - 4,7 • 10^{-5}$
• $Mg - 3,8 • 10^{-5}$
• $Si - 3,5 • 10^{-5}$
• $S - 1,63 • 10^{-5}$
• $Ar - 4 • 10^{-6}$
• $Al – 3 •10^{-6}$
• $Ni, Na, Ca – 2 • 10^{-6}$

Присутствие других элементов совершенно незначительное.

Солнечная масса — это примерно 99,87 % массы всех объектов, входящих в Солнечную систему.

Термоядерный синтез является источником энергии, исходящей от Солнца. Основная доля энергии - это результат превращения водорода в гелий.

Самая близкая к Земле звезда - это Солнце. Земля находится на среднем расстоянии от Солнца в 1,496 • 108 км, которое в астрономии принято называть астрономической единицей. Световой год является единицей измерения расстояния от Солнца до центра Млечного Пути (26 000 световых лет) при вращении вокруг галактического центра, один оборот Солнце совершает за 225-250 миллионов лет. На галактической орбите скорость Солнца около 217 км/$с^{-1}$ т. е., за время, эквивалентное 1400 земным годам, оно перемещается на расстояние равное световому году (9 460730472580,8 км), а за время равное 8 земным суткам проходит путь равный одной астрономической единице.

Солнечный «возраст» оценивается в $4,5 • 10^9$ лет, и теоретически может просуществовать до $10 • 10^9$лет. В течении «срока службы» Солнце должно превратиться сначала в «красного карлика» с увеличением диаметра в 256 раз, что приведёт к уничтожению практически всей Солнечной системы, а затем сжаться до «белого карлика».

Зафиксируем основные параметры Солнца:

1. Расстояние до Земли (среднее) - $1,497 • 10^8$ км (8,31 световых минут) или одна астрономическая единица.
2. Расстояние до центра Галактики - около $2,5 • 10^{17}$ к м (26 000 световых лет).
3. Галактический период обращения - $2,25-2,50 • 10^8$ лет.
4. Скорость на орбите вокруг центра Галактики - $2,2 • 10^5$ м/с.
5. Средний диаметр - $1,392 • 10^6$ км (109 диаметров Земли).
6. Экваториальный радиус - $6,9551 • 10^5$ км.
7. Длина окружности экватора - $4,37001 • 10^6$ км.
8. Площадь поверхности - $6,07877 • 10^{18}$ м² (11 918 площадей Земли)
9. Объём - $1,40927 • 10^{27}$ м³ (1 301 019 объёмов Земли).
10. Масса - $1,9885 • 10^{30}$ кг (332 940 масс Земли).
11. Средняя плотность - $1,409$ г/см³ (1409 кг/м³).
12. Эффективная температура поверхности - $5778$ Кº.
13. Температура короны - $1 500 000$ Кº.
14. Температура ядра - $15 700 000$ Кº.

Строение солнца

Ядро Солнца имеет радиус около 150 000-175 000 км (это от одной пятой до четверти солнечного радиуса), именно здесь и происходит термоядерная реакция. Ядро обладает плотностью вещества порядка 150000 кг/м³ (что в 21 превышает плотность чугуна), центр ядра имеет температуру, превышающую 14 000 000 Кº.

Вслед за ядром, до 0,7 солнечного радиуса, занимает зона, именуемая зоной лучистого переноса. Здесь энергия переносится излучением и поглощением фотонов. Фотоны перемещаются разнонаправлено, как к поверхности, так и к центру. Таким образом, чтобы попасть в конвективную зону, фотоны могут «путешествовать» миллионы лет. А средний срок их перемещения - около 170 000 лет.

Температура в зоне лучистого переноса, от глубины к поверхности, изменяется в пределах 7 000 000-2 000 000 К°. В зоне лучистого переноса вещество изменяет плотность, от глубины к поверхности, с 20 000 кг/м³ до 200 кг/м³.

Приближаясь к поверхности, передача энергии осуществляется конвективным переносом. Слой под солнечной поверхностью, толщина которого около 200000 км, а температура у поверхности примерно 5800 К°, называется конвективной зоной.

Далее идёт фотосфера толщиной 100-400 км и температурой 6600-4400 К°.

За ней встречаем хромосферу - внешнюю оболочку Солнца, толщина которой примерно 2000 км, а температура изменяется от высоты и составляет 4000-20000 Кº.

И наконец, выходим на последнюю внешнюю оболочку - корону. Корона испускает протуберанцы и энергетические извержения на высоту в сотни тысяч километров, максимум температур короны 8000000-2000000 Кº. Внешняя часть короны испускает солнечный ветер - ионизированные частицы (протоны, электроны и $α$-частицы).

Рисунок 2. Строение солнца. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Запомним последовательность солнечных слоёв:

1. Ядро.
2. Зона лучистого переноса.
3. Конвективная зона.
4. Фотосфера.
5. Хромосфера.
6. Корона.