Світло Сонця - одне з найважливіших речей Землі. Він підтримує життя в кожному організмі нашої планети, і без нього ми просто не існували б. Але як він впливає на нас? І чому Сонце світить взагалі? Давайте дізнаємося, як ці процеси працюють.
Ще одна зірка у небі
У давнину люди не знали, чому світить Сонце. Але вже тоді вони помітили, що воно з'являється рано-вранці і зникає ввечері, а на зміну йому приходять яскраві зірки. Його вважали денним божеством, символом світла, добра та влади. Зараз наука зробила крок далеко вперед і Сонце вже не так загадково для нас. Десятки сайтів та книг розкажуть про нього багато подробиць, а NASA навіть продемонструє його знімки з космосу.
Сьогодні ми сміливо можемо стверджувати, що Сонце не якийсь особливий та неповторний об'єкт, а зірка. Така сама, як тисячі інших, які ми бачимо в нічному небі. Але інші зірки дуже далекі від нас, тому із Землі вони здаються крихітними вогниками.
Сонце до нас набагато ближче, і його сяйво видно набагато краще. Це центр зіркової системи. Навколо нього обертаються планети, комети, астероїди, метеороїди та інші космічні тіла. Кожен об'єкт рухається своєю власною орбітою. Найменшу відстань до Сонця має планета Меркурій, найдальші частини системи не відомі. Одним з далеких об'єктів є Седна, яка робить повний оберт навколо світила за 3420 років.
Чому Сонце світить?
Як і всі інші зірки, Сонце є величезною гарячою кулею. Передбачається, що воно утворилося із залишків інших зірок близько 4,5 мільярдів років тому. Газ і пил, що звільнилися з них, стали стискатися в хмару, температура та тиск у якому постійно підвищувалися. «Розігрівшись» приблизно до десяти мільйонів градусів, хмара перетворилася на зірку, яка стала гігантським генератором енергії.
То чому Сонце світить? Все це через термоядерні реакції всередині нього. У центрі нашого світила водень безперервно перетворюється на гелій, під дією дуже високої температури – близько 15,7 мільйонів градусів. Внаслідок такого процесу виробляється величезна кількість теплової енергії, супроводжуючись світінням.
Термоядерні реакції проходять лише у сонячному ядрі. Випромінювання, яке воно виробляє, поширюється навколо зірки, формуючи кілька зовнішніх шарів:
- зону променистого перенесення;
- конвективну зону;
- фотосферу;
- хромосферу;
- корону.
Світло сонця
Основна кількість видимого світла виробляється у фотосфері. Це непрозора оболонка, яку ототожнюють із поверхнею Сонця. Температура в Цельсіях фотосфери – 5 000 градусів, але є на ній і більш «холодні» області, які називають плямами. У верхніх оболонках температура знову зростає.
Наше світило належить до жовтих карликів. Це далеко не найстаріша і не найбільша зірка у Всесвіті. У своїй еволюції вона досягла приблизно половини шляху та проживе у такому стані ще близько п'яти мільярдів років. Потім Сонце перетвориться на червоного гіганта. А потім скине зовнішню оболонку і стане тьмяним карликом.
Світло, яке воно випромінює зараз, практично білого кольору. Але з поверхні нашої планети видно жовтим, оскільки розсіюється і проходить через шари земної атмосфери. Близьким до реального колір випромінювання стає дуже ясна погода.
Взаємодія із Землею
Розташування Землі та Сонця відносно одне одного неоднакове. Наша планета постійно рухається навколо зірки своєю орбітою. Повний оборот вона робить за рік чи приблизно 365 днів. За цей час вона долає відстань у 940 мільйонів кілометрів. На самій планеті рух не відчувається, хоча щогодини вона проходить приблизно 108 кілометрів. Наслідки такої подорожі виявляються на Землі у вигляді зміни пір року.
Проте сезони визначає як рух навколо Сонця, а й нахил земної осі. Щодо орбіти вона нахилена на 23,4 градуси, тож різні куточки планети висвітлюються та зігріваються зіркою не однаково. Коли Північна півкуля повернута до Сонця, там літо, а в Південній півкулі в цей же час зима. За півроку все змінюється з точністю навпаки.
Ми часто говоримо, що Сонце з'являється вдень. Але це лише вираз, адже він і створює нам день. Його промені пробиваються через атмосферу, освітлюючи планету з ранку до вечора. Їхня яскравість настільки сильна, що решту зірок вдень ми просто не бачимо. Вночі Сонце не перестає світити, просто Земля повертається до нього то одним, то іншим боком, адже вона обертається не лише орбітою, а й навколо власної осі. Повний оборот вона робить за 24 години. На боці розгорнутої до світила – день, на протилежній – ніч, кожні 12 годин вони змінюються.
Незамінна енергія
Від нашої планети відстань до Сонця становить 8,31 світлових років або ж в 1,496 10 8 кілометрів, чого цілком достатньо для життя. Ближче розташування зробило б Землю схожою на мляву Венеру або Меркурій. Втім, вже за мільярд років зірка має стати гарячою на 10%, а ще через 2,5 млрд. років вона зможе буквально висушити все живе на планеті.
В даний час температура світила підходить нам ідеально. Завдяки цьому, на нашій планеті з'явилася величезна різноманітність життєвих форм, починаючи від рослин та бактерій, закінчуючи людиною. Всі вони потребують сонячного світла і тепла, і легко помруть при тривалій їх відсутності. Світло зірки сприяє фотосинтезу рослин, у якому виробляється життєво важливий кисень. Її ультрафіолетове випромінювання посилює роботу імунітету, сприяє виробленню вітаміну D, допомагає самоочищення атмосфери від шкідливих речовин.
Нерівномірне прогрівання Землі Сонцем створює рух повітряних мас, що у свою чергу створює клімат і погоду на планеті. Світло від зірки впливає встановлення циркадних ритмів у живих організмів. Тобто, виробляється сувора залежність їхньої активності від зміни часу доби. Так, одні тварини активні лише вдень, інші лише вночі.
Спостереження за Сонцем
Серед найближчих до нас зоряних систем Сонце не є найяскравішим. Воно посідає за цим показником лише четверте місце. Наприклад, зірка Сіріус, яку добре видно в нічному небі, перевершує його за яскравістю в 22 рази.
Попри це ми не можемо дивитися на Сонце неозброєним поглядом. До Землі воно знаходиться надто близько і спостерігати його без спеціальних приладів згубно для зору. Для нас воно приблизно в 400 тисяч разів яскравіше, ніж світло, що відбивається Місяцем. Неозброєним оком дивитися на нього ми можемо тільки на заході сонця і світанку, коли його кут невеликий і світність падає в тисячі разів.
Решту часу, щоб побачити Сонце, потрібно використовувати спеціальні сонячні телескопи або світлофільтри. Якщо при цьому проектувати зображення на білий екран, розглянути плями і спалахи на нашому світилі можливо навіть з непрофесійною технікою. Але робити це потрібно обережно, щоб не пошкодити її.
Четвертий стан речовини.
Частина шоста. Чому світить сонце
Чому світить Сонце? На це питання сьогодні відома така сама точна відповідь. Сонце світить тому, що в його надрах в результаті термоядерної реакції перетворення 4-х протонів (ядер атомів водню) в одне ядро гелію залишається вільна енергія (бо маса ядра гелію менше маси чотирьох протонів), яка випромінюється у вигляді фотонів. Фотони у видимому діапазоні - це і є те сонячне світло, яке ми бачимо.
А тепер давайте поміркуємо та уявимо той шлях, який пройшли вчені. І заразом подумаємо, що буде, коли на Сонці повністю вигорить водень? Воно обов'язково згасне? Радимо дочитати статтю до кінця – там висловлено дуже цікаве припущення.
Припустимо, що Сонце спалює найтепліше з усіх видів палива - чистий вуглець, що згорає повністю, без будь-якої золи. Зробимо нескладний підрахунок. Відомо, скільки тепла посилає це «вогнище» на Землю. Сонце - куля, тому воно випромінює тепло у всіх напрямках рівномірно. Знаючи розміри Землі та Сонця, неважко підрахувати, що для підтримки потоку тепла від Сонця в ньому кожну секунду має згоряти близько 12 мільярдів тонн вугілля! Цифра за земними масштабами величезна, але для Сонця, яке в триста з лишком тисяч разів важче за Землю, ця кількість вугілля невелика. Проте все це вугілля на Сонці мало б вигоріти всього за шість тисяч років. Адже дані багатьох наук - геології, біології та інших. - незаперечно свідчать у тому, що яскраве Сонце обігріває і освітлює нашу планету не менш як кілька мільярдів років.
Уявлення, що Сонце горить за рахунок вугілля, довелося відкинути. Але, можливо, існують такі хімічні реакції, в яких виділяється ще більше тепла, ніж при згорянні вугілля? Припустимо, що вони є. Але й ці реакції змогли б продовжити життя Сонця на тисячу, дві тисячі років, хай навіть удвічі, але не більше.
Але якщо Сонце неспроможна забезпечити себе пальним на скільки-небудь тривалий час, то, можливо, це робить ззовні космічний простір? Було висловлено думку, що на Сонці безперервно падають метеорити. Ми вже говорили, що при підході до Землі метеорити внаслідок гальмування в земній атмосфері часто повністю згоряють, розжарюючи на своєму шляху повітря. Чому б не припустити, що довкола Сонця немає жодної атмосфери, що гальмування метеоритів відбувається прямо в сонячній речовині, і воно розігрівається до високої температури?
Звернемося знову до обчислень. Скільки метеоритів має падати на Сонце, щоб забезпечити його тривале горіння? Розрахунок дає зовсім неймовірну цифру: навіть якщо вага всіх метеоритів, що впали на Сонце, дорівнює вазі самого Сонця, все одно воно світило б лише близько мільйона років.
Але, можливо, колись така величезна кількість метеоритів все ж таки впала на Сонце, розжарило його до величезної температури, і тепер Сонце повільно остигає? Нічого подібного! Існує багато доказів, що Сонце і мільярд, і мільйон, і тисячу років тому світило і гріло, як сьогодні. Отже, зазнає краху та другого припущення.
Дивовижна сталість сонячної діяльності поховала і третє, найпривабливіше припущення про причину «горіння» Сонця. Зводилося воно до наступного. За законом всесвітнього тяжіння всі тіла зближуються одне з одним. Земля притягується сонцем і рухається навколо нього. Камінь притягується Землею і падає на неї, якщо його випустити із рук.
Уявімо, що Сонце - це якась величезних розмірів посудина з газом. Молекули цього газу, схильні до дії взаємного тяжіння, незважаючи на зіткнення, що відкидають їх один від одного, повинні поступово притягуватися один до одного і зближуватися. Сонце загалом тоді стискалося б, тиск газу в ньому зростав, а це призвело б до підвищення температури та виділення тепла.
Якщо вважати, що за 100 років діаметр Сонця скорочується всього на кілька кілометрів, то цим явищем можна було б цілком пояснити променевипускання Сонця. Однак за допомогою астрономічних приладів таке повільне скорочення виявити неможливо.
Але є «прилад», який працює набагато триваліший час. Цей прилад – сама Земля. За час її існування Сонце мало б стиснутися в десятки разів: від розмірів, у багато разів більше, ніж довжина всієї Сонячної системи, до сучасних. Такий стиск, безумовно, відбився б на . Нічого подібного, проте історія Землі не знає. Їй відомі великі геологічні катастрофи, у яких гинули найвищі гори, народжувалися нові океани, цілі материки, але це можна цілком пояснити діяльністю самої Землі, а чи не Сонця.
Отже, всі три згадані гіпотези про причини «горіння» Сонця виявилися неспроможними. Наука, яка зуміла пояснити багато найскладніших явищ Землі, дуже довго опускала руки перед загадкою діяльності Сонця. Тепер стало ясно, що вирішення цієї загадки треба шукати не в глибинах космосу, а в надрах Сонця.
І тут на допомогу науці про надвелике - астрономію - прийшла наука про надмале - фізика атомного ядра.
Зірки випромінюють величезну кількість тепла та світла багато мільярдів років, що потребує величезної витрати палива. До двадцятого століття ніхто не міг уявити, що це за паливо. Найбільшою проблемою фізики було велике питання – звідки зірки беруть енергію? Все, що ми могли, то це дивитися в небо і усвідомлювати, що в наших знаннях зяє величезна ”дірка”. Щоб зрозуміти секрет зірок, потрібний був новий двигун відкриттів.
Щоб відкрити секрет, знадобився гелій. Теорія Альберта Ейнштейна довела, що зірки можуть отримувати енергію всередині атомів. Секрет зірок - це рівняння Ейнштейна, яка полягає у формулі Е = мс2. У певному сенсі число атомів з якого складається наше тіло — це концентрована енергія, стиснена енергія, енергія стиснута в атоми (частки космічного пилу), з якої складається наш всесвіт. Ейнштейн довів, що цю енергію можна звільнити, якщо зіткнути два атоми. Такий процес називається термоядерним синтезом, саме ця сила живить зірки.
Уявіть, але фізичні властивості невеликої, субатомної частинки визначають будову зірок. Завдяки теорії Ейнштейна, ми довідалися, як звільнити цю енергію всередині атома. Тепер вчені намагаються змоделювати джерело зоряної енергії, щоб отримати владу над силою синтезу у лабораторії.
У стінах лабораторії, поблизу Оксфорда в Англії, стоїть машина, яку Ендрю Кірк та його команда перетворюють на лабораторію “зірку”. Ця установка називається Токамак. По суті, це велика магнітна пляшка, яка утримує дуже гарячу плазму, завдяки якій можна змоделювати умови, подібні до таких, як усередині зірки.
Усередині Токамака протистоять один одному атоми водню. Щоб зіткнути атоми один з одним, Токамак нагріває їх до 166 млн. градусів, за такої температури атоми рухаються настільки швидко, що не можуть уникнути зіткнення один з одним. Нагрівання - це рух, рух нагрітих частинок вистачить для того, щоб подолати силу відштовхування. Ці атоми водню, що летять зі швидкість тисячі кілометрів на секунду, врізаються один в одного і об'єднуються, утворюючи новий хімічний елемент – гелій і невелику кількість чистої енергії.
Водень важить трохи більше гелію, в процесі горіння маса втрачається, втрачена маса перетворюється на енергію. Токамак може підтримувати синтез частки секунди, але всередині зірки злиття ядер не припиняється мільярди років, причина проста - розмір зірки.
Зірка живе за рахунок тяжіння. Ось чому зірки великі, величезні. Щоб стиснути зірку, потрібна величезна сила тяжіння, щоб виділити неймовірну кількість енергії, достатньої для термоядерного синтезу. Ось у чому секрет зірок, ось чому вони світяться.
Синтез у ядрі зірки Сонця, щомиті генерує потужність, якої вистачило б на мільярд ядерних бомб. Зірка - це гігантська воднева "бомба". Чому тоді їй просто не розлетітися на шматки? Справа в тому, що сили тяжіння стискають зовнішні верстви зірки. Сила тяжіння та синтез ведуть грандіозну війну, тяжіння яких хоче зім'яти зірку та енергія синтезу, яка прагне рознести зірку зсередини, цей конфлікт і ця рівновага створюють зірку.
Це боротьба за владу, що триває все життя у зірки. Саме ці бої на зірках створюють світло і кожен промінь зоряної подорожі здійснює неймовірну подорож, світло проходить 1080 мільйонів кілометрів на годину. За одну секунду промінь світла може сім разів обігнути землю, ні що у всесвіті не рухається так швидко.
Оскільки більшість зірок дуже далеко, світло до нас летить сотні, тисячі, мільйони та навіть мільярди років. Коли орбітальна космічна станція Хабл заглядає в далекі куточки нашого всесвіту, вона бачить світло, яке летіло мільярди років. Світло зірки Етекілії, яке ми бачимо сьогодні, вирушило в дорогу – 8 тисяч років тому, світло Бетельгейзі, летіло з того часу, як Колумб відкрив Америку — 500 років тому. Навіть світло Сонця летить до нас цілих 8 хвилин.
Коли сонце синтезує із водню гелій, виникає частка світла – фотон. Цього променя світла чекає довгий і нелегкий шлях до поверхні Сонця. Вся зірка перешкоджає йому, коли виникає фотон, він врізається в інший атом, інший протон, інший нейтрон, неважливо, він поглинається, потім відбивається в іншому напрямку і так хаотично рухаючись усередині Сонця, він повинен пробитися назовні.
Фотону належить шалено гасати, мільярди разів врізатися в атоми газу і відчайдушно рватися назовні. Забавно, щоб вибратися з ядра Сонця, фотону потрібно тисячі років і всього 8 хвилин, щоб з поверхні Сонця долетіти до Землі. Фотони – джерела тепла та світла, завдяки яким підтримується різноманітне та дивовижне життя на нашій планеті Земля!
Думаю, ні для кого не секрет, що наше сонце і ті зірки, які ми бачимо вночі на небі однакові. Ось тільки "нічні" зірки віддалені від нас набагато далі, ніж сонце.
Зірки- це величезні кулясті скупчення з розпеченого газу. Як правило, зірки складаються на більш ніж 99% з газу, на залишки частки відсотка припадає безліч елементів (наприклад у нашому сонці їх близько 60). Температура поверхонь різних типів зірок коливається від 2000 до 60000 градусів Цельсія.
Що ж змушує зірки випромінювати світло? Стародавні мислителі думали, що поверхня сонця постійно горить, і тому випромінює світло та тепло. Однак, це не так. По-перше, причина випромінювання тепла і світла знаходиться набагато глибше поверхні зірки, а саме в ядрі. Ну і по-друге, процеси, що відбуваються в надрах зірок, зовсім не схожі на горіння.
Процес, що відбувається у надрах зірок, називається . Якщо двома словами, то термоядерний синтез - це процес переходу матерії в енергію, причому з мінімальної кількості матерії вивільняється неймовірна кількість енергії.
З наукової точки зору - це реакція, при якій легші атомні ядра - зазвичай ізотопи водню(дейтерій і тритій) зливаються у важчі ядра - гелію. Щоб відбулася ця реакція, необхідна неймовірно висока температура - кілька мільйонів градусів.
Ця реакція відбувається в нашому сонці: при температурі ядра 12 000 000 градусів 4 атоми водню зливаються в 1 ядро гелію і при цьому вивільняється неймовірна кількість енергії: тепла, світла та електромагнетизму.
Як можна було здогадатися сонце не вічно, воно з часом "спалить саме себе". Вчені вважають, що у ньому ще вистачить матерії приблизно 4-6 мільярдів років, тобто. десь на стільки ж, скільки воно вже проіснувало.
Підростаючого чоловічка цікавить буквально все. Він ставить запитання про все, що бачить. Чому сонце світить вдень, а зірки вночі? І інше та інше. Відповісти на, здавалося б, прості питання не завжди виявляється легко. Тому що часом не вистачає якихось спеціальних знань. Та й як пояснити складне просто? Не всім таке під силу.
Що таке зірка?
Без цього поняття неможливо пояснити, чому сонце світить вдень, а зірки вночі. Часто малюкам зірки є маленькими точками на небі, які вони порівнюють з невеликими лампочками або ліхтариками. Якщо й проводити аналогію, їх можна порівняти з величезними прожекторами. Тому що зірки - це неймовірно величезні які неймовірно розжарені і знаходяться на такій відстані від нас, що здаються крихтами.
Що таке сонце?
Для початку потрібно повідомити, що Сонце – це назва, як ім'я. І це ім'я носить найближча до нашої планети зірка. Але чому вона не крапка? І чому сонце світить вдень, а зірки вночі, якщо вони однакові?
Сонце не здається крапкою тому, що воно набагато ближче, ніж інші. Хоча й до нього також далеко. Якщо виміряти відстань у кілометрах, то число вийде рівним 150 мільйонам. Такий шлях автомобіль проїде за 200 років, якщо безупинно рухатиметься з постійною швидкістю, що дорівнює 80 км/год. Через неймовірно велику відстань сонце здається маленьким, хоча воно таке, що легко вмістило б у себе мільйон планет, подібних до Землі.
До речі, сонце далеко не найбільша та не дуже яскрава зірка на нашому небі. Вона просто розташована в одному місці з нашою планетою, а решта розкидана далеко в космосі.
Чому вдень видно сонце?
Спершу треба згадати: коли починається день? Відповідь проста: коли починає світити сонце через обрій. Без його світла це неможливо. Тому, відповідаючи на запитання, чому світить сонце вдень, можна сказати, що сам день не настане, якщо не зійде сонце. Адже як тільки воно йде за обрій, настає вечір, а потім - ніч. До речі, варто згадати про те, що рухається не світило, а планета. І зміна дня на ніч відбувається через те, що планета Земля безупинно обертається навколо своєї нерухомої осі.
Чому ж днем не видно зірок, якщо вони, як і сонце, світять завжди? Це пояснюється наявності у нашої планети атмосфери. У повітрі розсіюються і затьмарюють слабке світіння зірочок. Після його заходу розсіювання припиняється, і ніщо не загороджує їхнє тьмяне світло.
Чому місяць?
Отже, сонце світить вдень, а зірки вночі. Причини цього у повітряному шарі, що оточує землю. А ось чому місяць то видно, то ні? Та й коли вона є, то може набувати різних видів - від тонкого серпа до яскравого кола. Від чого це залежить?
Виявляється, що сам місяць не світиться. Вона працює як дзеркало, яке відображає сонячне проміння на землю. І спостерігачам видно лише ту частину супутника, яка освітлена. Якщо розглянути цілий цикл, то він починається з дуже тонкого місяця, що нагадує перегорнуту літеру "С" або дугу від літери "Р". Протягом тижня він росте та стає схожим на половинку кола. Весь наступний тиждень він продовжує збільшуватись і з кожним днем все більше наближається до повного кола. Наступні два тижні малюнок зменшується. І наприкінці місяця місяць повністю зникає з нічного неба. Точніше, вона просто не видно, тому що освітлена лише та її частина, що відвернулася від Землі.
А що бачать люди у космосі?
Космонавтів на орбіті не цікавиться, чому сонце світить вдень, а зірки вночі. І це пов'язано з тим, що там видно водночас і те, й інше. Пояснюється цей факт відсутністю повітря, яке заважає світла від зірок пройти крізь розсіяні промені сонця. Можна назвати їх щасливцями, бо вони можуть одразу побачити і найближчу зірку, і ті, що далекі.
До речі, нічні світила різняться за кольором. Причому це добре помітно навіть із Землі. Головне – уважно придивитися. Найгарячі з них світять білим та блакитним. Ті зірки, які холодніші за попередні, жовті. До них і наше Сонце. І найхолодніші випромінюють червоне світло.
Продовження розмови про зірок
Якщо питання про те, чому сонце світить вдень, а зірки вночі, виникає у старших дітей, то можна продовжити розмову, згадавши про сузір'я. Вони об'єднані групи зірок, які у одному місці на небесній сфері. Тобто вони здаються нам розташованими поряд. Насправді між ними може бути величезна відстань. Якби ми могли далеко відлетіти від Сонячної системи, то не впізнали б зоряне небо. Бо обриси сузір'їв дуже змінилися б.
У цих групах зірок бачили контури людських фігур, предметів і тварин. У зв'язку з цим і виникли різні назви. Велика та Мала Ведмедиці, Оріон, Лебідь, Південний Хрест та багато інших. Сьогодні налічується 88 сузір'їв. З багатьма з них пов'язані міфи та легенди.
Через сузір'я змінюють своє становище на небі. А якісь взагалі видно лише у певний сезон. Існують такі сузір'я, які неможливо побачити у Північній чи Південній півкулі.
З часом сузір'я втрачали другорядні зірки, і з їх малюнку стало складно вгадати, як виникла назва. Найвідоміше сузір'я Північної півкулі – Велика Ведмедиця – тепер перетворилося на «ківш». І сучасних дітей мучить питання: Де ж тут ведмідь?