Физическая энциклопедия Том 4 - Порохов А.М.
Скачать (прямая ссылка):
фотосфера
р?:2-10"7 г/см3 Г~6000 К р = 0,1атм Л= JO17CM"3'
Зона Нижнее основание
знерговыделения конвективной зоны
р«1,6'102 г/см3 Р«10‘2г/см3
Г«16-106К Г» IO6K
рш 4-ю11 атм р = IO6 атм
Рив. 1. Физические характеристики слоёв Солнца; р — плотность, T — температура, р — давление, п — число частиц в 1 см*. Толщина фотосферы и хромосферы на рисунке несколько преувеличена.
диссипацией (поглощением) энергии электрич, токов, генерируемых магн. полями.
С существованием на С. поверхностной конвективной зоны связан ещё ряд явлений. Ячейки самого верх, яруса конвективной зоны наблюдаются на поверхности С. в виде гранул. Более глубокие крупномасштабные движения во 2-м ярусе зоны проявляются в виде ячеек сверхгрануляцин и хромосферно й сетни. Имеются основания считать, что конвекция в ещё более глубоком слое наблюдается в внде гигантских структур — ячеек с бблыпнмн, чем сверхгрануляция, размерами.
Большие локальные магн. поля в зоне ±30° от экватора приводят к развитию т. и. активных областей с входящими в них пятнами. Число активных областей, их положение на диске и полярности пятен в группах меняются с периодом « 11,2 года. В период необычайно высокого максимума (1957—58) активность затрагивала практически весь солнечный диск. Кроме сильных локальных полей на С. имеется более слабое крупномасштабное магн. поле. Это поле меняет знак с периодом ок. 22 лет н близ полюсов обращаетси в нуль в максимуме солнечной активности, м. А. Лившиц.
2. Внутреннее строение
Элементы тяжелее гелня составляют ок. 0,1% (по числу атомов) и присутствуют на С. примерно в тех же
Хромосфера
р^З-Ю'^г/см3
Г» 10000 к
P=IO"6 атм Ii=IO12 CM-3
Внутренняя корона р яг КГ15 г/см' ГЖ|,5-Ю6К р=6'10_8атм Ii-300а
пропорциях, что и на Земле. Это свидетельствует об их общем происхождении (см. Происхождение Солнечной системы). Геологнч. данные, основанные на свойствах радиоактивных элементов в земной коре, пока* зывают, что Земля отвердела 4,5-10* лет назад. Следовательно, и возраст С. должен быть больше. Извеет-ио также, что поток энергии от Солнца не изменился существенно за последние IO8 лет.
Светимость С. обеспечивается энергией, освобождающейся в термоядерных реакциях превращения водорода в гелин, к-рые протекают в его центральной, наиб, горячей области — ядре. Термоядерный источник способен поддерживать С. в равновесном, почти неизменном состоянии длит, время — ок. IO10 лет; при отсутствии этого источника С. могло бы светить лишь за счёт собств. гравитац. энергии, освобождающейся при медленном сжатии, но только в течение времени порядка (GM^Rq)ZLq яг 3-Ю7 лет.
Превращение водорода в гелий происходит гл. обр. в водородном цикле и частично в углеродно-азотном цикле. В конце этнх циклов группы из четырёх протонов превращаются в ядра гелия. Поскольку масса ядра гелия меньше суммарной массы исходных протонов на 0,7%, то в каждом цикле выделяется энергия / = = 0,007 ¦ (4трса) а 26,7 МэВ (тр — масса протона) в виде 7-излучення (»26,2 МэВ) и двух нейтрисю (« 0,5 МэВ). Нейтрино очень слабо взаимодействуют с веществом н поэтому почти беспрепятственно выходят из солнечного ядра. Фотоны же эффективно поглощаются и переизлучаются веществом. Длина свободного пробега фотонов (Я.) в центр, областях С, ~10-а см. В результате излучение находится почти в термодинамич. равновесии с веществом. Это означает, что ср. энергия фотонов равна тепловой энергии частнц.
Перенос излучения наружу носнт диффузионный характер, прн к-ром фотоны многократно поглощаются и переизлучаются. Величина потока лучистой экергии внутрн С. прямо пропорциональна градиенту темп-ры и обратно пропорциональна коэф. непрозрачности у, = 1/рА. (р — плотность вещества), характеризующему способность газа поглощать к рассеивать излучение. Однако не на всём пути от центра к поверхности солнечная энергия перекосится излучением. На расстоянии примерно 0,7 Rq от центра вещество становится конвективно неустойчивым, н выше этого уровня энергия переносится преим. турбулентными потоками вещества. В конвективной зоне темп-pa невелика по сравнению с темп-рой ядра. В результате увеличивается число электронов, находящихся в связанных состояниях в атомах водорода и др. элементов. Это ведёт к увеличению непрозрачности газа, большему сопротивлению диффузии излучения и возрастанию градиента темп-ры. Конвективная неустойчивость наступает, если абс. значение градиента темп-ры станет больше не к-рои критич. величины, называемой адиабатич. градиентом. Скорости конвективных потоков возрастают номере продвижения к поверхности от ~10а см/с до IO5 см/с. Вблизи поверхности С. на расстоянии 0,999 Rq эффективность конвективного теплопереноса резно падает вследствие низкой плотности вещества. Здесь энергия вновь переносится излучением. Вероятно, этот верх, слой конвективной зоны ответствен за наблюдаемую грануляц. структуру поверхности С.
Эволюция С. определяется изменением его хим. состава в результате термоядерных реакций. Согласно расчётам, ныне в ядре доля водорода по массе ок.-35%, тогда как в начале эволюции, судя по поверхностным слоям, в к-рых термоядерные реакции ие происходят, водород составлял ок. 73%. Превращение водорода в гелий постепенно увеличивает ср. молекулярный вес вещества, поэтому равновесие в солнечном ядре поддерживается при всё более высоких темп-ре и плотности. Поскольку скорости термоядерных реакций быстро увеличиваются с ростом темп-ры, то, He-
