Главная - Астрофизика - Внутреннее строение Солнца


Внутреннее строение Солнца
Наука - Астрофизика

Одновременно с ростом температуры в более глубоких слоях Солнца должно возрастать давление, определяемое весом всех вышележащих слоев. Следовательно, плотность также будет увеличиваться. В каждой внутренней точке Солнца должно выполняться так называемое условие гидростатического равнове сия, означающее, что разность давлений, испытываемых каким-либо элементарным слоем (например, АВ на рис. 129, а),

должна уравновешиваться гравитационным притяжением всех более глубоких слоев. Если давление на верхней границе слоя (A) обозначить через P1 , а на нижней -

через Р2  , то равновесие будет иметь место при условии, что

P2 frac34;  P1 = r gH,(9.1)

где r - средняя плотность слоя АВ, H - его толщина, a g - соответствующее значение ускорения силы тяжести. Среднюю плотность r можно положить равной среднему арифметическому от значений плотности r 1 и r 2 на верхней и нижней

границах слоя АВ:

Используя уравнение газового состояния (7.9), получим

Подставляя это значение в формулу (9.1), имеем

Выражение имеет размерность длины и обладает важным физическим смыслом: если температура слоя постоянна, а толщина его составляет

то давление и плотность в пределах этого слоя меняется приблизительно в три раза. Действительно, подставляя (9.5) в (9.4), получаем

Величина Н называется шкалой высоты, так как она показывает, на каком расстоянии происходит заметное изменение плотности. При T = 10 000± (m = 1/2 (ионизованный водород) и g = 2,7 times;104 см/сек2, что примерно соответствует условиям в наружных

слоях Солнца, Н = 6 times;107 см, т.е. рост плотности в три раза происходит при продвижении вглубь на расстояние 600 км. Глубже температура растет, и возрастание плотности замедляется.

Некоторое представление об условиях в недрах Солнца можно получить, если предположить что вещество в нем распределено равномерно. Очевидно, что свойства такого #8220;однородного #8221; Солнца должны быть близки к реальному случаю в средней точке, на глубине половины радиуса. При равномерном распределении масс плотность всюду равна уже известному нам среднему значению  Давление в средней точке равно весу радиального столбика вещества сечением 1 см2 и высотой RЅ/2 (см. рис. 129,

6), т.е.

В средней точке ускорение силы тяжести g, очевидно, равно

так как в сфере радиусом RЅ/2 при однородном распределении масс заключена 1/8

часть массы всего Солнца. Следовательно, давление в средней точке Солнца равно

Зная давление и плотность, легко найти температуру Т из уравнения газового состояния:

Таким образом, мы получили следующие значения характеристик физических свойств #8220;однородного Солнца #8221; на глубине, равной половине радиуса RЅ/2: r   = 1,4 г/см2 (1,3 г/см2),

Р = 6,6 times;1014 дин/см2 (6,1 times;1014 дин/см2),

T = 2 800 000± (3 400 000±).

В скобках приведены те же величины, рассчитанные точными методами, учитывающими неоднородное распределение масс в Солнце. Таким образом, для средней точки предположение о равномерном распределении масс приводит к правдоподобным результатам.

В центре Солнца давление, плотность и температура должны быть еще больше. В табл.5 приведена так называемая модель внутреннего строения Солнца, т.е. зависимость его физических свойств от глубины.

Таблица 5

Модель внутреннего строения Солнца

Расстоя shy;ние от центраТемпе shy;ратураДавление

Плот shy;ность

R/RQT(±K)P(дин/см2)r(г/см3)

01,5 є1072,2є1017150

0,21074,6є101636

0,53,4 є1066,1є10141,3

0,81,3 є1066,2є10120,035

0,9810510100,001

Из табл. 5 видно, что в недрах Солнца температура превышает 10 миллионов градусов, а давление - сотни миллиардов  атмосфер  (1 атм = 103 дин/см2). В этих условиях отдельные атомы движутся с огромными скоростями, достигающими, например, для водорода, сотен километров в секунду. Поскольку при этом плотность вещества очень велика, весьма часто происходят атомные столкновения. Некоторые из таких столкновений приводят к тесным сближениям атомных ядер, необходимым для возникновения ядерных реакций.

В недрах Солнца существенную роль играют две ядерные реакции. В результате одной из них, схематически изображенной на рис. 130, из четырех атомов водорода образуется один атом гелия. На промежуточных стадиях реакции образуются ядра тяжелого водорода (дейтерия) и ядра изотопа Не3. Эта реакция называется протон-протонной.

Другая реакция в условиях Солнца играет значительно меньшую роль. В конечном счете она также приводит к образованию ядра гелия из четырех протонов. Процесс сложнее и может протекать только при наличии углерода, ядра которого вступают в реакцию на первых ее этапах и выделяются на последних. Таким образом, углерод является катализатором, почему и вся реакция носит названия углеродного цикла. Исключительно важным является то обстоятельство, что масса ядра гелия почти на 1% меньше массы четырех протонов. Эта кажущаяся потеря массы называется дефектом массы и является причиной выделения в результате ядерных реакций большого количества энергии, так как согласно формуле Эйнштейна энергия, которая связана с массой т, равна

Е = т times; с2

Описанные ядерные реакции являются источником энергии, излучаемой Солнцем в мировое пространство.

Так как наибольшие температуры и давление создаются в самых глубоких слоях Солнца, ядерные реакции и сопровождающее их энерговыделение наиболее интенсивно происходит в самом центре Солнца. Только здесь наряду с протон-протонной реакцией большую роль играет углеродный цикл. По мере удаления от центра Солнца температура и давление становятся меньше, выделение энергии за счет углеродного цикла быстро прекращается и вплоть до расстояния около 0,2-0,3 радиуса от центра существенной остается только протон-протонная реакция. На расстоянии от центра больше 0,3 радиуса температура становится меньше 5 миллионов градусов, а давление ниже 10 миллиардов атмосфер. В этих условиях ядерные реакции происходить совсем не могут. Эти слои только передают наружу излучение, выделившееся на большей глубине в виде гамма-квантов, которые поглощаются и переизлучаются отдельными атомами. Существенно, что вместо каждого поглощенного кванта большой энергии атомы, как правило, излучают несколько квантов меньших энергий. Происходит это по следующей причине. Поглощая, атом ионизуется или сильно возбуждается и приобретает способность излучать. Однако возвращение электрона на исходный энергетический уровень происходит не сразу, а через промежуточные состояния, при переходах между которыми выделяются кванты меньших энергий. В результате этого происходит как бы #8220;дробление #8221; жестких квантов на менее энергичные. Поэтому вместо гамма-лучей излучаются рентгеновские, вместо рентгеновских - ультрафиолетовые, которые в свою очередь уже в наружных слоях дробятся на кванты видимых и тепловых лучей, окончательно излучаемых Солнцем.

Та часть Солнца, в которой выделение энергии за счет ядерных реакций несущественно и происходит процесс переноса энергии путем поглощения излучения и последующего переизлучения, называется зоной лучистого равновесия. Она занимает область примерно от 0,3 до 0,7 rЅ от центра Солнца. Выше этого уровня в переносе энергии начинает принимать участие само вещество, и непосредственно под наблюдаемыми внешними слоями Солнца, на протяжении около 0,3 его радиуса, образуется конвективная зона, в которой энергия переносится конвекцией.

Наконец, самые внешние слои Солнца, излучение которых можно наблюдать, называются солнечной атмосферой; в основном она состоит из трех слоев, называемых фотосферой, хромосферой и короной. Они будут рассмотрены в следующих параграфах. В целом описанная структура Солнца изображена на рис. 131.

 


Читайте:


Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

Планеты соседи:

Нептун. Общие сведения

News image

Нептун - восьмая по счету планета Солнечной системы. Средняя удаленность Не...

Фотосфера

News image

Видимая поверхность Солнца. Достигая толщины около 0,001 RD (200-300 км), пл...

Венера. Общие сведения

News image

Венера, вторая по счету планета Солнечной системы. Она имеет такой же...

Меркурий. Исследование планеты

News image

Небольшая величина Меркурия и его постоянная близость к Солнцу делают эт...

В космосе...

Космонавтика энтузиастов

News image

Настойчивость и упорство ученых, энтузиастов и пропагандистов ракетной техники Н.И.Тихомирова, Ф....

Кеплер сможет искать спутники у экзопланет

News image

Британские ученые установили, что орбитальный телескоп Кеплер способен обнаруживать не только удаленные экзопланеты, но и их спутники. Статья уч...

Мой взгляд на космические журналы. Космонавт У Цзе о «Н

News image

Уже достаточно давно у меня сформировалось определенное отношение к космическим журналам. В 1997 г. я приехал учиться в российский Центр по...

Endeavour: пристыковка к МКС и «первый» выход в открыты

News image

Как сообщает NASA, в ночь на понедельник по московскому времени космический челнок Endeavour со 126-й (STS-126) экспедицией на борту успешно пр...

Авторизация



Новости космонавтики:

Болденон – найефективніший спосіб розвин

News image

У всесвіті спорту та розвитку власного тіла сьогодні більшою популярністю користуються різноманітні фармакологічні засоби для спортсменів, що надають можливість суттєво підвищити результати тренувань. Поширенню подібних ...

Сервера купить в Украине: советы специал

News image

Интерфейс панели управления хостингом является важным аспектом выбора компании. Тем не менее, многие хостеры предоставляют только один вариант такой панели. Тем не менее, всегда существуют ...

В чому особливість хімчистки Львів (Чист

News image

Дотримання чистоти у своєму будинку відіграє надзвичайно високу роль, але не завжди просто є час на проведення прибирання. У свою чергу, в офісах прибирання відіграє ...

Відпочинок у горах та особливості відпус

News image

Непросто відшукати в Україні місце, яке за своїми особливостями нагадувало б прекрасні і насичені чистим повітрям Карпати. Українські Карпати приваблюють до себе гостей з усієї ...