Предыдущая страница Астрономия Следующая страница

Астрономия

Учебник для 10 класса

§21.2. Строение Солнца

Как и все звезды, Солнце — раскаленный газовый шар. В основном оно состоит из водорода с примесью 10% (по числу атомов) гелия. Количество атомов всех остальных элементов вместе взятых, примерно в 1000 раз меньше Однако по массе на эти более тяжелые элементы приходится 1—2% массы Солнца.

На Солнце вещество сильно ионизовано, т. е. атомы лишены внешних своих электронов, которые становятся свободными частицами ионизованного газа — плазмы.

Для определения средней плотности солнечного вещества надо массу Солнца поделить на его объем:

Астрономия

это значение соизмеримо с плотностью воды и в тысячу раз больше плотности воздуха у поверхности Земли. Однако в наружных слоях Солнца плотность в миллионы раз меньше, а в центре — в 100 раз больше, чем Астрономия.

Под действием сил гравитационного притяжения, направленных к центру Солнца, в его недрах создается огромное давление. Если бы вещество внутри Солнца было распределено равномерно и плотность всюду равнялась средней, то рассчитать внутреннее давление было бы легко. Сделаем приближенно такой расчет для глубины, равной половине радиуса.

Сила тяжести на этой глубине будет определяться только притяжением масс, находящихся внутри сферы радиусом l/2R. Объем этой сферы составляет 1/8 от объема всего Солнца, и при постоянстве плотности в нем заключена 1/8Мc. Следовательно, по закону всемирного тяготения гравитационное ускорение на расстоянии 1/2Rc от центра «однородного» Солнца составит:

Астрономия

Сила давления на данной глубине складывается из силы тяжести всех вышележащих слоев. Само же давление будет (численно) равно силе тяжести радиального столбика вещества высотой l/2R, расположенного над площадью S=1 м2 в рассматриваемой точке. В этом столбике заключена масса

Астрономия

Поэтому давление

Астрономия

Отсюда получаем, что р = 6,6•1013 Па.

Согласно газовым законам давление пропорционально температуре и плотности. Это дает возможность определить температуру в недрах Солнца. Для средней плотности солнечного вещества давление в 1015 Па получится при температуре порядка 5 000 000 К.

Точные расчеты показывают, что в центре Солнца плотность газа составляет около 1,5•105 кг/м3 (в 13 раз больше, чем у свинца!), давление — около 2•1018 Па, а температура — около 15 000 000 К.

При такой температуре ядра атомов водорода (протоны) имеют очень высокие скорости (сотни километров в секунду) и могут сталкиваться друг с другом, несмотря на действие электростатической силы отталкивания между ними. Некоторые из таких столкновений завершаются ядерными реакциями, при которых из водорода образуется гелий и выделяется большое количество теплоты. Эти реакции являются источником энергии Солнца на современном этапе его эволюции. В результате количество гелия в центральной области Солнца постепенно увеличивается, а водорода — уменьшается. В самом центре Солнца за 4—5 млрд. лет, которые прошли с момента его образования, примерно половина водорода уже превратилась в гелий.

Астрономия. Схема строения Солнца

Рис. 74. Схема строения Солнца.

Поток энергии, возникающей в недрах Солнца, передается во внешние слои и распределяется на все большую и большую площадь. Вследствие этого температура солнечных газов убывает по мере удаления от центра Сначала температура уменьшается медленно, а в наружных слоях очень быстро. В зависимости от значения температуры и характера определяемых ею процессов все Солнце условно можно разделить на 4 области (рис. 74):

  1. внутренняя, центральная область (ядро), где давление и температура обеспечивают протекание ядерных реакций, она простирается от центра до расстояния примерно 1/3 Rc;
  2. «лучистая» зона (расстояние от 1/3 до 2/3Rc), в которой энергия передается наружу от слоя к слою в результате последовательного поглощения и излучения квантов электромагнитной энергии;
  3. конвективная зона — от верхней части «лучистой» зоны почти до самой видимой границы Солнца. Здесь температура быстро уменьшается по мере приближения к видимой границе Солнца, в результате чего происходит перемешивание вещества (конвекция), подобное кипению жидкости в сосуде, подогреваемом снизу;
  4. атмосфера, начинающаяся сразу за конвективной зоной и простирающаяся далеко за пределы видимого диска Солнца. Нижний слой атмосферы включает тонкий слой газов, который воспринимается нами как поверхность Солнца. Верхние слои атмосферы непосредственно не видны и могут наблюдаться либо во время полных солнечных затмений, либо при помощи специальных приборов.

***

  1. Какова средняя молекулярная масса смеси полностью ионизованного газа состоящего на 90% из водорода и 10% гелия (по числу атомов)?

Рейтинг@Mail.ru