Но нас это уже не спасёт. К тому времени океаны на Земле давно уже испарятся, а под палящими лучами Солнца будет плавиться
7
даже свинец. Земля превратится в горячую печь, на которой уже не сможет существовать жизнь. Над безжизненной поверхностью
Земли будет светить гигантский солнечный шар с размером в полнеба. Было бы, конечно, интересно узнать, на сколько верны эти предсказания компьютерной модели.
Наши наблюдения не плохо описывают основные свойства нынешнего Солнца. Но можно ли сделать из этого вывод, что модель так же хорошо предсказывает и печальные для людей последствия его развития? У нас есть для этого прямое подтверждение. Если нанести на диаграмму Г – Р звезды из шарового скопления, то на главной последовательности не окажется звезд, светимость которых в 3 раза и более превышает солнечную. Это соответствует примерно 1.3 массы Солнца. Дело в том, что наиболее яркие звёзды из главной последовательности уже «сожгли» свой водород. Звёзды, массы которых превышают солнечную в 1.3 раза и более, расположены на ветви, которая отходит от главной последовательности на право вверх, в область красных гигантов. Эти звёзды развивались примерно так же, как предсказывает наша модель Солнца. Масса этих звёзд совсем не на много превышает солнечную.
На рис.2. изображена диаграмма Г – Р для звёзд главной последовательности шарового скопления М3. На этой диаграмме чёрной стрелкой изображён путь развития звёзд, подобных Солнцу. Из рис.2. хорошо видно, что звёзд шарового скопления развиваются так же, как будет
Рис.2. Диаграмма звёзд из шарового скопления М3. На
этом рисунке нанесён путь развития звёзд главной последовательности (чёрная стрелка), который показывает, как звёзды главной последовательности перемещаются в область красных гигантов.
8
развиваться наше Солнце в будущем. На диаграмме показаны звёзды, которые уже перемещаются по диаграмме на право вверх. Такая судьба постигнет и Солнце через 8 миллиардов лет. Более тяжёлые звёзды опережают Солнце, они уже сегодня показывают нам, что ожидает в будущем наше Солнце. И если на некоторых планетах, образующихся вокруг этих звёзд, когда-то была, жизнь то теперь эта жизнь там уже не существует, и все её следы сгорели в потоке тепла, который испускают эти звёзды. Таким образом, астрономические наблюдения подтверждают, что наши предсказания дальнейшей судьбы Солнца, к сожалению правильны.
9
Общие сведения о Солнце.
Солнце – рядовая звезда нашей Галактики. Это единственная звезда столь близкая к Земле, что на ней видны отдельные детали её поверхности. Изучая их, мы можем глубже понять природу других звёзд, находящихся на значительно больших расстояниях.
Среднее расстояние от Земли до Солнца составляет 149.6 миллионов км. Так как Земля обращается вокруг Солнца по эллиптической орбите, то в январе она ближе к нему на 2.5 миллиона км, а в июле – настолько же дальше. Радиус Солнца R = 696 000 км, масса m = 1.99 10 г, средняя плотность p = 1,41 г/см. Полное количество энергии излучаемой, Солнцем, составляет L = 3.86 10 эрг/сек или L = 3.86 10 Вт. Но Земля получает лишь 5 10 долю всей излучаемой Солнцем энергии. Эффективная температура Солнца Тэф = 5806 К, его спектральный класс G2.
Солнце вращается не как твёрдое тело, его угловая скорость по мере удаления от экватора уменьшается (рис.3.). Такое вращение получило название дифференциального или зонального вращения. По наблюдениям многих тысяч пятен установлено, что w = 14.4 – 2.7 sin b,где - угловое расстояние от экватора, гелиографическая широта период вращения Солнца изменяется от 25 суток на экваторе до 30 суток вблизи полюсов. Линейная скорость вращения на экваторе близка к 2 км/с.
Рис.3. Схема вращения Солнца. Слева – пятна, расположенные вдоль центрального меридиана, с права их положение после одного оборота Солнц.
Наблюдаемое излучение Солнца возникает в его тонком внешнем слое, который называется фотосферой. Толщина этого слоя не превышает 0.001 радиуса Солнца, т. е. около 700 км. Плотность вещества на нижней границе фотосферы составляет 5 10 г/см, тогда как на верхней границе она в тысячу раз меньше. Уровень с
10
плотностью p = 10 г/см и температурой Т=4600 К условно называют «поверхностью» Солнца. Плотность в фотосфере Солнца с высотой уменьшается непрерывно. И всё же наблюдателю бросается в глаза резкая граница Солнца, чёткий край солнечного диска. Дело в том, что при изучении края диска Солнца наблюдатель принимает излучение, образующиеся в столбике газа, ориентированном вдоль луча зрения. В каждый элементарный объём столбика, излучение поступает из более глубоких слоёв. Здесь оно поглощается и переизлучается во всех направлениях и частично в направлении наблюдателя. Очевидно, что чем дальше от центра Солнца, тем меньше число квантов будет «переадресовано» по направлению к наблюдателю. Расчёты показывают, что изменение интенсивности от I = 0 до максимального значения происходит в слое толщиной около 300 км. С Земли этот слой виден всего под углом 0'',4. Он и воспринимается наблюдателем как резкий край солнечного диска.
В моменты солнечных затмений вокруг Солнца хорошо видно небольшое кольцо ярко–красного цвета–хромосфера, окружённая серебристо-белой короной. Обычно спектры хромосферы и получают во время полных солнечных затмений. Отдельные детали её внутренней структуры изучают при помощи хромосферных телескопов с интерференционно - поляризационными фильтрами.
Протяжённость хромосферы составляет около 10 000 км. Было найдено, что плотность в ней изменяется с высотой медленнее, чем в фотосфере. Подтверждение сказоному является присутствие в спектре хромосферы линий ионизированного гелия
В то же время в спектре хромосферы видны также линии бальмеровской серии водорода, которые могут образовываться лишь в случаях низкой температуры излучающего газа.
Эти противоречивые данные можно согласовать, если в хромосфере одновременно присутствуют и холодные, и горячие элементы газа. Поэтому модель хромосферы выглядит следующим образом. В нижней её части температура равна 4500 – 4800 К. на высоте около 2000 км появляются горячие струи – спикулы, температура которых достигает 50 000 К и которые окружены более холодным газом с температурой 20 000 К (рис.4.). Высота отдельной спикулы достигает нескольких тысяч километров, толщина - около одной тысячи километров. Со скоростями порядка 20 км/сек спикулы движутся вверх и растворяются в короне.
У основания короны плотность равна 10 г/см (соответствующая концентрация частиц N = 10 см), а температура очень резко возрастает до 100 000 К. на высоте h = 70 000 км Т = 2 млн. градусов.
11
Общие сведения о физических процессах на Солнце.
Солнце является одним из жёлтых карликов – наиболее типичных звёзд нашей Галактики. Газообразное солнечное вещество в глубоких слоях Солнца и во внешних областях его атмосферы практически полностью ионизовано, т. е. фактически является плазмой (в которой все электроны оторваны от атомов); только в сравнительно тонком поверхностном слое солнечное вещество находится в состоянии не полной ионизации. Согласно современным представлениям в глубинах Солнца уже миллиарды лет действует естественный термоядерный реактор, к созданию которого в земных условиях человеческая наука ещё только приближается.
Энергия, выделяющаяся в солнечных недрах в ходе термоядерных реакций в виде жёсткого гамма-излучения, очень медленно (за миллионы лет) просачивается наружу, к поверхности Солнца. При многократных процессах поглощения и переизлучения квантов в толще солнечного вещества происходит постоянное уменьшение частоты первоначального излучения, и на видимой нам поверхности Солнца оно появляется уже в оптическом диапазоне спектра.
В основной массе Солнца, которая находится в области, ограниченной 0.8 радиуса Солнца, энергия переносится излучением, однако на глубине порядка 140 тыс. км от поверхности характер этого процесса радикально изменяется. Вследствие просачивания энергии излучения наружу, температура солнечной плазмы постепенно падает при переходе к более высоким слоям, и, если какой – либо объём газа случайно окажется несколько горячее окружающей среды, он начинает расширяться и, становясь легче, всплывает вверх. В этом и заключается явление конвективного переноса энергии.
По мере продвижения выделенного газа вверх, в более разряжённые слои, внешне давление, претерпеваемое им,
падает, и поэтому этот газ будет продолжать расширяться и охлаждаться. Хотя в окружающем газе температура также падает с высотой, его температура остаётся выше и, таким образом, данный объём будет продолжать двигаться вверх, перенося энергию. В процессе движения этого объёма должно происходить его дробление (фрагментация) на объёмы газов меньших размеров. Как показывают расчёты, всплывающее горячие солнечное вещество, не распадаясь, проходит расстояние, сравнимое с некоторой
12
характерной высотой распределения газа в данной области Солнца. Эта высота определяется температурой плазмы и ускорением силы тяжести и, естественно, может сильно меняться в солнечных условиях.