Свет Солнца - одна из самых важных вещей на Земле. Он поддерживает жизнь в каждом организме нашей планеты, и без него мы бы просто не существовали. Но каким образом он влияет на нас? И почему Солнце светит вообще? Давайте узнаем, как работают эти процессы.
Ещё одна звезда в небе
В древности люди не знали, почему светит Солнце. Но уже тогда они заметили, что оно появляется рано утром и исчезает вечером, а на смену ему приходят яркие звезды. Его считали дневным божеством, символом света, добра и власти. Сейчас наука шагнула далеко вперед и Солнце уже не столь загадочно для нас. Десятки сайтов и книг расскажут о нём множество подробностей, а NASA даже продемонстрирует его снимки из космоса.
Сегодня мы смело можем утверждать, что Солнце не какой-нибудь особенный и неповторимый объект, а звезда. Такая же, как тысячи других, которые мы видим в ночном небе. Но другие звезды очень далеки от нас, поэтому с Земли они кажутся крохотными огоньками.
Солнце к нам гораздо ближе, и его сияние видно намного лучше. Оно является центром звездной системы. Вокруг него вращаются планеты, кометы, астероиды, метеороиды и другие космические тела. Каждый объект движется по своей собственной орбите. Наименьшее расстояние до Солнца имеет планета Меркурий, самые дальние части системы не изведаны. Одним из дальних объектов является Седна, которая делает полный оборот вокруг светила за 3420 лет.
Почему Солнце светит?
Как и все остальные звезды, Солнце представляет собой огромный горячий шар. Предполагается, что оно образовалось из остатков других звезд около 4,5 миллиардов лет назад. Газ и пыль, освободившиеся из них, стали сжиматься в облако, температура и давление в котором постоянно повышались. «Разогревшись» примерно до десяти миллионов градусов, облако превратилось в звезду, ставшую гигантским генератором энергии.
Так почему Солнце светит? Все это из-за термоядерных реакций внутри него. В центре нашего светила водород непрерывно превращается в гелий, под действием очень высокой температуры - около 15,7 миллионов градусов. В результате такого процесса вырабатывается огромное количество тепловой энергии, сопровождаясь свечением.
Термоядерные реакции проходят только в солнечном ядре. Излучение, которое оно вырабатывает, распространяется вокруг звезды, формируя несколько внешних слоев:
- зону лучистого переноса;
- конвективную зону;
- фотосферу;
- хромосферу;
- корону.
Свет Солнца
Основное количество видимого света производится в фотосфере. Это непрозрачная оболочка, которую отождествляют с поверхностью Солнца. Температура в Цельсиях фотосферы - 5 000 градусов, но есть на ней и более «холодные» области, называемые пятнами. В верхних оболочках температура вновь увеличивается.
Наше светило относится к жёлтым карликам. Это далеко не самая старая и не самая крупная звезда во Вселенной. В своей эволюции она достигла примерно половины пути и проживет в таком состоянии ещё около пяти миллиардов лет. Затем Солнце превратится в красного гиганта. А после сбросит внешнюю оболочку и станет тусклым карликом.
Свет, который оно излучает сейчас, практически белого цвета. Но с поверхности нашей планеты он виден жёлтым, так как рассеивается и проходит через слои земной атмосферы. Близким к реальному цвет излучения становится в очень ясную погоду.
Взаимодействие с Землёй
Расположение Земли и Солнца относительно друг друга неодинаково. Наша планета постоянно движется вокруг звезды по своей орбите. Полный оборот она делает за один год или примерно за 365 дней. За это время она преодолевает расстояние в 940 миллионов километров. На самой планете движение не ощущается, хотя каждый час она проходит примерно 108 километров. Последствия такого путешествия проявляются на Земле в виде смены времен года.
Однако сезоны определяет не только движение вокруг Солнца, но и наклон земной оси. Относительно орбиты она наклонена на 23,4 градуса, поэтому разные уголки планеты освещаются и согреваются звездой не одинаково. Когда Северное полушарие повернуто к Солнцу, там лето, а в Южном полушарии в это же время зима. Через полгода всё меняется с точностью наоборот.
Мы часто говорим, что Солнце появляется днём. Но это лишь выражение, ведь оно и создает нам день. Его лучи пробиваются через атмосферу, освещая планету с утра до вечера. Их яркость настолько сильна, что остальных звезд днем мы просто не видим. Ночью Солнце не перестает светить, просто Земля поворачивается к нему то одним, то другим боком, ведь она вращается не только по орбите, но и вокруг собственной оси. Полный оборот она делает за 24 часа. На стороне развернутой к светилу - день, на противоположной - ночь, каждые 12 часов они меняется.
Незаменимая энергия
От нашей планеты расстояние до Солнца составляет 8,31 световых лет или же в 1,496·10 8 километров, чего вполне достаточно для существования жизни. Более близкое расположение сделало бы Землю похожей на безжизненную Венеру или Меркурий. Впрочем, уже через миллиард лет звезда должна стать горячее на 10%, а ещё через 2,5 млрд. лет она сможет буквально иссушить все живое на планете.
В настоящее время температура светила подходит нам идеально. Благодаря этому, на нашей планете появилось огромное разнообразие жизненных форм, начиная от растений и бактерий, заканчивая человеком. Все они нуждаются в солнечном свете и тепле, и легко умрут при длительном их отсутствии. Свет звезды способствует фотосинтезу растений, при котором вырабатывается жизненно важный кислород. Её ультрафиолетовое излучение усиливает работу иммунитета, способствует выработке витамина D, помогает самоочищению атмосферы от вредных веществ.
Неравномерное прогревание Земли Солнцем создает движение воздушных масс, что, в свою очередь, создает климат и погоду на планете. Свет от звезды влияет на установление циркадных ритмов у живых организмов. То есть, вырабатывается строгая зависимость их активности от смены времени суток. Так, одни животные активны только днём, другие только ночью.
Наблюдение за Солнцем
Среди ближайших к нам звёздных систем Солнце не является самой яркой. Оно занимает по этому показателю только четвертое место. Например, звезда Сириус, которую отлично видно в ночном небе, превосходит его по яркости в целых 22 раза.
Несмотря на это, мы не можем смотреть на Солнце невооруженным взглядом. К Земле оно находится слишком близко и наблюдать его без специальных приборов губительно для зрения. Для нас оно примерно в 400 тысяч раз ярче, чем свет, отражаемый Луной. Невооруженным глазом смотреть на него мы можем только на закате и рассвете, когда его угол небольшой и светимость падает в тысячи раз.
В остальное время, чтобы увидеть Солнце, нужно использовать специальные солнечные телескопы или светофильтры. Если при этом проецировать изображение на белый экран, то разглядеть пятна и вспышки на нашем светиле возможно даже с непрофессиональной техникой. Но делать это нужно аккуратно, чтобы не повредить её.
Четвертое состояние вещества.
Часть шестая. Почему светит солнце
Почему светит Солнце? На этот вопрос сегодня известен такой же точный ответ. Солнце светит потому, что в его недрах в результате термоядерной реакции превращения 4-х протонов (ядер атомов водорода) в одно ядро гелия остается свободная энергия (т.к. масса ядра гелия меньше массы четырех протонов), которая излучается в виде фотонов. Фотоны в видимом диапазоне — это и есть тот солнечный свет, который мы видим.
А теперь давайте порассуждаем и представим тот путь, который прошли ученые. И заодно подумаем, что будет, когда на Солнце полностью выгорит водород? Оно обязательно погаснет? Советуем дочитать статью до конца — там высказано весьма интересное предположение.
Предположим, что Солнце сжигает самое теплотворное изо всех видов топлива - чистейший углерод, сгорающий целиком, без всякой золы. Произведем несложный подсчет. Известно, сколько тепла посылает этот «костер» на Землю. Солнце - шар, поэтому оно испускает тепло во всех направлениях равномерно. Зная размеры Земли и Солнца, нетрудно подсчитать, что для поддержания потока тепла от Солнца в нем каждую секунду должно сгорать около 12 миллиардов тонн угля! Цифра по земным масштабам огромная, но для Солнца, которое в триста с лишним тысяч раз тяжелее Земли, это количество угля невелико. И тем не менее весь этот уголь на Солнце должен был бы выгореть всего за шесть тысяч лет. А ведь данные многих наук - геологии, биологии и др. - неопровержимо свидетельствуют о том, что яркое Солнце обогревает и освещает нашу планету уже не менее нескольких миллиардов лет.
Представление, что Солнце горит за счет угля, пришлось отвергнуть. Но, может быть, существуют такие химические реакции, в которых выделяется еще больше тепла, чем при сгорании угля? Предположим, что они существуют. Но и эти реакции смогли бы продлить жизнь Солнца на тысячу, две тысячи лет, пусть даже вдвое, но никак не более.
Но если Солнце не в состоянии обеспечить само себя горючим на сколько-нибудь длительное время, то, может быть, это делает извне космическое пространство? Было высказано мнение, что на Солнце непрерывно падают метеориты. Мы уже говорили, что при подходе к Земле метеориты, вследствие торможения в земной атмосфере, часто полностью сгорают, раскаляя на своем пути воздух. Почему бы не предположить, что вокруг Солнца нет никакой атмосферы, что торможение метеоритов происходит прямо в солнечном веществе, и оно разогревается до высокой температуры?
Обратимся опять к вычислениям. Сколько метеоритов должно падать на Солнце, чтобы обеспечить его длительное горение? Расчет дает совершенно невероятную цифру: даже если вес всех метеоритов, упавших на Солнце, равен весу самого Солнца, то все равно оно светило бы лишь около миллиона лет.
Но, может быть, когда-то такое огромное количество метеоритов все же упало на Солнце, раскалило его до огромной температуры, и теперь Солнце медленно остывает? Ничего подобного! Существует много доказательств того, что Солнце и миллиард, и миллион, и тысячу лет назад светило и грело, как сегодня. Итак, терпит крах и второе предположение.
Удивительное постоянство солнечной деятельности похоронило и третье, самое заманчивое предположение о причине «горения» Солнца. Сводилось оно к следующему. По закону всемирного тяготения все тела сближаются друг с другом. Земля притягивается Солнцем и движется вокруг него. Камень притягивается Землей и падает на нее, если его выпустить из рук.
Представим, себе, что Солнце - это некий огромных размеров сосуд с газом. Молекулы этого газа, подверженные действию взаимного притяжения, несмотря на отбрасывающие их друг от друга столкновения, должны постепенно притягиваться друг к другу и сближаться. Солнце в целом тогда сжималось бы, давление газа в нем росло, а это привело бы к повышению температуры и выделению тепла.
Если считать, что за 100 лет поперечник Солнца сокращается всего на несколько километров, то этим явлением можно было бы вполне объяснить лучеиспускание Солнца. Однако с помощью астрономических приборов столь медленное сокращение обнаружить невозможно.
Но есть «прибор», который работает куда более длительное время. Этот прибор - сама Земля. За время ее существования Солнце должно было бы сжаться в десятки раз: от размеров, во много раз больше, чем протяженность всей Солнечной системы, до современных. Такое сжатие, безусловно, отразилось бы на . Ничего подобного, однако, история Земли не знает. Ей известны крупные геологические катастрофы, в которых гибли высочайшие горы, рождались новые океаны, целые материки, но все это можно вполне объяснить деятельностью самой Земли, а не Солнца.
Итак, все три упомянутые гипотезы о причинах «горения» Солнца оказались несостоятельными. Наука, сумевшая объяснить многие сложнейшие явления на Земле, очень долго опускала руки перед загадкой деятельности Солнца. Теперь стало ясно, что решение этой загадки надо искать не в глубинах космоса, а в недрах Солнца.
И здесь на помощь науке о сверхбольшом - астрономии - пришла наука о сверхмалом - физика атомного ядра.
Звезды излучают огромное количество тепла и света многие миллиарды лет, что требует огромного расхода топлива. До двадцатого века никто не мог представить, что это за топливо. Самый огромной проблемой физики был большой вопрос — откуда звезды берут энергию? Все, что мы могли, так это смотреть в небо и осознавать, что в наших знаниях зияет огромная ”дыра”. Чтобы понять секрет звезд, нужен был новый двигатель открытий.
Чтобы открыть секрет, понадобился гелий. Теория Альберта Эйнштейна доказала, что звезды могут получать энергию внутри атомов. Секрет звезд — это уравнение Эйнштейна, которая заключается в формуле Е = мс 2 . В некотором смысле, число атомов из которого состоит наше тело — это концентрированная энергия, сжатая энергия, энергия сжатая в атомы (частицы космической пыли),из которой состоит наша вселенная. Эйнштейн доказал, что эту энергию можно высвободить, если столкнуть два атома. Такой процесс называется термоядерный синтез, именно эта сила питает звезды.
Вообразите, но физические свойства маленькой, субатомной частицы определяют строение звезд. Благодаря теории Эйнштейна, мы узнали, как высвободить эту энергию внутри атома. Теперь ученые пытаются смоделировать источник звездной энергии, чтобы обрести власть над мощью синтеза в лаборатории.
В стенах лаборатории, близ Оксфорда в Англии, стоит машина, которую Эндрю Кирк и его команда превращают в лаборатории “звезду”. Эта установка называется Токамак. В сущности — это большая магнитная бутылка, которая удерживает очень горячую плазму, благодаря которой можно смоделировать условия, подобно таким, как внутри у звезды.
Внутри Токамака, противостоят друг другу атомы водорода. Чтобы столкнуть атомы друг с другом, Токамак нагревает их до 166 млн. градусов, при такой температуре атомы движутся настолько быстро, что не могут избежать столкновения друг с другом. Нагревание — это движение, движение нагретых частиц хватит для того, чтобы преодолеть силу отталкивания. Летящие со скорость тысячи километров в секунду, эти атомы водорода врезаются друг в друга и объединяются, образуя новый химический элемент – гелий и небольшое количество чистой энергии.
Водород весит чуть больше гелия, в процессе горения масса теряется, потерянная масса превращается в энергию. Токамак может поддерживать синтез доли секунды, но в нутрии звезды слияние ядер не прекращается миллиарды лет, причина проста – размер звезды.
Звезда живет за счет притяжения. Вот почему звезды большие, огромные. Чтобы сжать звезду, нужна огромная сила притяжения, для того чтобы выделить невероятное количество энергии, достаточного для термоядерного синтеза. Вот в чем секрет звезд, вот почему они светятся.
Синтез в ядре звезды Солнца, каждую секунду генерирует мощность, которой хватило бы на миллиард ядерных бомб. Звезда — это гигантская водородная “бомба”. Почему тогда ей просто не разлететься на куски? Дело в том, что силы тяжести сжимают внешние слои звезды. Сила тяжести и синтез ведут грандиозную войну, притяжение которых хочет смять звезду и энергия синтеза, которая стремится разнести звезду изнутри, этот конфликт и это равновесие создают звезду.
Это борьба за власть, продолжается всю жизнь у звезды. Именно эти бои на звездах создают свет и каждый луч звездного путешествие совершает невероятное путешествие, свет проходит 1080 миллионов километров в час. За одну секунду, луч света может семь раз обогнуть землю, ни что во вселенной не движется так быстро.
Поскольку большинство звезд очень далеко, свет до нас летит сотни, тысячи, миллионы и даже миллиарды лет. Когда орбитальная космическая станция Хабл заглядывает в дальние уголки нашей вселенной, она видит свет, который летел миллиарды лет. Свет звезды Этекилии, который мы видим сегодня, отправился в путь – 8 тысяч лет назад, свет Бетельгейзи, летел с тех пор, как Колумб открыл Америку — 500 лет назад. Даже свет Солнца, летит до нас целых 8 минут.
Когда солнце синтезирует из водорода гелий, возникает частица света – фотон. Этому лучу света, предстоит долгий и нелегкий путь к поверхности Солнца. Вся звезда препятствует ему, когда возникает фотон он врезается в другой атом, другой протон, другой нейтрон, неважно, он поглощается, потом отражается в другом направлении и так хаотично двигаясь внутри Солнца он должен пробиться наружу.
Фотону предстоит бешено носится, миллиарды раз врезаться в атомы газа и отчаянно рваться наружу. Забавно, для того чтобы выбраться из ядра Солнца, фотону требуется тысячи лет и всего 8 минут, чтобы с поверхности Солнца долететь до Земли. Фотоны — источники тепла и света, благодаря которым поддерживается разнообразная и удивительная жизнь на нашей планете Земля!
Думаю, ни для кого ни секрет, что наше солнце и те звезды, которые мы видим ночью на небе одинаковы. Вот только "ночные" звезды отдалены от нас намного дальше, чем солнце.
Звезды - это огромные шарообразные скопления из раскаленного газа. Как правило, звезды состоят на более чем 99% из газа, на оставшиеся доли процента приходится огромное количество элементов (к примеру в нашем солнце их около 60). Температура поверхностей различных типов звезд колеблется от 2 000 до 60 000 градусов Цельсия.
Что же заставляет звезды излучать свет? Древние мыслители думали, что поверхность солнца постоянно горит, и поэтому излучает свет и тепло. Однако это не так. Во-первых, причина излучения тепла и света находится намного глубже поверхности звезды, а именно в ядре . Ну и во-вторых, процессы происходящие в недрах звезд вовсе не похожи на горение.
Процесс, происходящий в недрах звезд, называется . Если в двух словах, то термоядерный синтез - это процесс перехода материи в энергию, причем из минимального количества материи высвобождается невероятное количество энергии.
С научной точки зрения, - это реакция, при которой более легкие атомные ядра - обычно изотопы водорода (дейтерий и тритий) сливаются в более тяжелые ядра - гелия . Чтобы произошла эта реакция необходима невероятно высокая температура - несколько миллионов градусов.
Эта реакция и происходит в нашем солнце: при температуре ядра 12 000 000 градусов 4 атома водорода сливаются в 1 ядро гелия и при этом высвобождается невообразимое количество энергии: тепла, света и электромагнетизма.
Как можно было догадаться солнце не вечно , оно со временем "спалит само себя". Ученые считают, что в нем еще хватит материи приблизительно на 4-6 миллиардов лет, т.е. где-то на столько же, сколько оно уже просуществовало.
Подрастающего человечка интересует буквально все. Он задает вопросы обо всем, что видит. Отчего солнце светит днем, а звезды ночью? И прочее и прочее. Ответить на, казалось бы, простые вопросы не всегда оказывается легко. Потому что порой не хватает каких-то специальных знаний. Да и как объяснить сложное по-простому? Не всем такое под силу.
Что такое звезда?
Без этого понятия невозможно понятно объяснить, почему солнце светит днем, а звезды ночью. Часто малышам звезды представляются маленькими точками на небе, которые они сравнивают с небольшими лампочками или фонариками. Если и проводить аналогию, то их можно сравнить с огромными прожекторами. Потому что звезды — это невообразимо огромные которые невероятно раскалены и находятся на таком удалении от нас, что кажутся крошками.
Что такое солнце?
Для начала нужно сообщить, что Солнце — это название, как имя. И это имя носит самая близкая к нашей планете звезда. Но почему она не точка? И из-за чего солнце светит днем, а звезды ночью, если они одинаковые?
Солнце не кажется точкой потому, что оно гораздо ближе, чем другие. Хотя и до него тоже далеко. Если измерять расстояние в километрах, то число получится равным 150 миллионам. Такой путь автомобиль проедет за 200 лет, если будет без остановки двигаться с постоянной скоростью, равной 80 км/ч. Из-за невероятно большого расстояния солнце кажется маленьким, хотя оно такое, что без труда вместило бы в себя миллион планет, подобных Земле.
Кстати, солнце далеко не самая большая и не очень яркая звезда на нашем небе. Она просто расположена в одном месте с нашей планетой, а остальные разбросаны далеко в космосе.
Почему днем видно солнце?
Сначала нужно вспомнить: когда начинается день? Ответ простой: когда начинает светить солнце из-за горизонта. Без его света это невозможно. Поэтому, отвечая на вопрос о том, почему светит солнце днем, можно сказать, что сам день не наступит, если не взойдет солнце. Ведь как только оно уходит за горизонт, наступает вечер, а следом - ночь. Кстати, стоит упомянуть и о том, что двигается не светило, а планета. И смена дня на ночь происходит из-за того, что планета Земля без остановки вращается вокруг своей неподвижной оси.
Почему же днем не видно звезд, если они, как и солнце, светят всегда? Это объясняется из-за наличия у нашей планеты атмосферы. В воздухе рассеиваются и затмевают слабое свечение звездочек. После его захода рассеивание прекращается, и ничто не загораживает их тусклый свет.
Почему луна?
Итак, солнце светит днем, а звезды ночью. Причины этого в воздушном слое, окружающем землю. А вот почему луна то видна, то нет? Да и когда она есть, то может принимать разные виды - от тонкого серпа до яркого круга. От чего это зависит?
Оказывается, что сама луна не светится. Она работает, как зеркало, которое отражает солнечные лучи на землю. И наблюдателям видна только та часть спутника, которая освещена. Если рассмотреть целый цикл, то он начинается с очень тонкого месяца, который напоминает перевернутую букву «С» или дугу от буквы «Р». В течение недели он растет и становится похожим на половинку круга. Всю следующую неделю он продолжает увеличиваться и с каждым днем все больше приближается к полному кругу. Следующие две недели рисунок уменьшается. И в конце месяца луна полностью исчезает с ночного неба. Точнее, она просто не видна, потому что освещена только та ее часть, которая отвернулась от Земли.
А что видят люди в космосе?
Космонавтов на орбите не занимает вопрос о том, почему солнце светит днем, а звезды ночью. И это связано с тем, что там видно одновременно и то и другое. Объясняется этот факт отсутствием воздуха, который мешает свету от звезд пройти сквозь рассеянные лучи солнца. Можно назвать их счастливцами, потому что они могут сразу увидеть и ближайшую звезду, и те, что далеки.
Кстати, ночные светила различаются по цвету. Причем это хорошо заметно даже с Земли. Главное - внимательно присмотреться. Самые горячие из них светят белым и голубым. Те звезды, которые холоднее предыдущих, желтые. К ним относится и наше Солнце. И самые холодные излучают красный свет.
Продолжение разговора о звездах
Если вопрос о том, почему солнце светит днем, а звезды ночью, возникает у детей постарше, то можно продолжить разговор, вспомнив о созвездиях. В них объединены группы звезд, которые находятся в одном месте на небесной сфере. То есть они кажутся нам расположенными рядом. На самом деле между ними может быть огромное расстояние. Если бы мы могли далеко отлететь от Солнечной системы, то не узнали бы звездного неба. Потому что очертания созвездий сильно изменились бы.
В этих группах звезд видели очертания человеческих фигур, предметов и животных. В связи с этим и появились различные названия. Большая и Малая Медведицы, Орион, Лебедь, Южный Крест и многие другие. Сегодня насчитывается 88 созвездий. Со многими из них связаны мифы и легенды.
Из-за созвездия меняют свое положение на небе. А какие-то вообще видны только в определенный сезон. Существуют такие созвездия, которые невозможно увидеть в Северном или Южном полушарии.
С течением времени созвездия теряли второстепенные звезды, и по их рисунку стало сложно угадать, как возникло название. Самое известное созвездие Северного полушария — Большая Медведица — теперь превратилось в «ковш». И современных детей мучает вопрос: «Где же здесь медведь?»