Наблюдение за солнцем кратко
Обновлено: 05.07.2024
- JLIB_APPLICATION_ERROR_COMPONENT_NOT_LOADING
Как наблюдать Солнце
В настоящее время Солнце активно изучается автоматическими аппаратами и солнечными обсерваториями. Но некоторые наблюдения за Солнцем можно проводить любителям и с Земли.
Что известно о Солнце?
Благодаря наземным и космическим исследованиям и знаниям, накопленным многими поколениями астрономов, мы знаем о Солнце уже очень много. Расстояние от Земли до Солнца – 149,6 миллионов километров. Средний диаметр видимой поверхности Солнца - 1392 тысячи километров, что в 109 раз превышает диаметр Земли. Масса Солнца составляет 1.98*10^30 килограммов, что в 332982 раза больше массы Земли. Таким образом, средняя плотность Солнца лишь немногим больше плотности воды и составляет 1,4 г. на кубический сантиметр. Ускорение силы тяжести на экваторе почти в 28 раз больше земного, что составляет 274 метра/секунду в квадрате. Следовательно, вторая космическая скорость на поверхности равна 617 км/сек. Ось вращения Солнца наклонена к оси эклиптики на 7,25 градуса, причем Солнце не вращается, как целое. Экваториальные области делают один оборот вокруг оси за 25,05 суток, а газу в районе полюсов на один оборот требуется 34,3 суток.
Наблюдения Солнца
Солнце изучают не только при помощи космических аппаратов. Некоторые наблюдения можно проводить в солнечный день и с Земли. На многих обсерваториях имеются специальные солнечные телескопы. Солнце очень яркое, поэтому такие телескопы делают достаточно длиннофокусными. Конструкция таких телескопов обычно состоит из зеркала гелиостата, которое направляет солнечный свет в неподвижный вертикальный или наклонный тоннель, в глубине которого расположены различные телескопы. Наиболее часто такие телескопы используют для получения подробного солнечного спектра.
С Земли Солнце мы видим как раскаленный шар. Что находится под этой оболочкой, мы увидеть не можем. Поэтому о внутреннем строении Солнца приходится судить лишь по математическим моделям. Согласно им, в центре Солнца находится горячее и компактное ядро. Радиус этого ядра равен примерно четверти всего радиуса Солнца. Объем этого ядра составляет примерно 1/64 всего объема Солнца, но в нем сосредоточен половина массы Солнца. Плотность вещества здесь превышает плотность воды в 150 раз, а температура доходит до 14-15 миллиона градусов. Здесь происходит процесс непрерывного преобразования водорода в гелий. Вещество ядра вращается вокруг своей оси с достаточно большой скоростью. За пределами ядра плотность вещества и температура падают, и термоядерные реакции проходить уже не могут. Таким образом, внешние слои служат лишь хранилищем вещества и областью прохождения света и частиц: нейтрино, образующиеся в результате ядерных реакций, со скоростью света беспрепятственно пролетают сквозь солнечное вещество и уходят в межпланетное и межзвездное пространство. Фотоны (кванты света) почти сразу же поглощаются ядрами водорода или гелия. Фотоны, непрерывно поглощаясь и излучаясь, путешествуют внутри Солнца. Чтобы энергия, выделившаяся в результате ядерных реакций, достигла поверхности Солнца, требуется около 170 тысяч лет. А вот на поверхности Солнца уже образуются фотоны самых различных энергий, причем часть из них приходится на видимый диапазон.
Между ядром и зоной конвективного переноса расположена зона лучистого переноса. В этой зоне и происходит тот процесс переизлучения фотонов, о котором было сказано ранее.
Внешнюю часть конвективной зоны окружает тонкий слой Солнечной атмосферы, который называется фотосферой. Именно здесь рождается окончательно тот солнечный свет, который мы видим. Это тонкий слой. Его толщина всего несколько сотен километров, с Земли мы видим резкий край солнечного диска. Поверхность Солнца является с точки зрения физики абсолютно черным телом, так как фотосфера Солнца поглощает весь падающий на нее свет. Но все нагретые тела излучают свет тем больше и с тем большей энергией, чем выше их температура. Температура фотосферы составляет 5778 Кельвинов (или 5505 градусов Цельсия).
Солнечные пятна
В фотосфере и находятся широко известные солнечные пятна - области на поверхности фотосферы с температурой примерно на 2000 градусов ниже, чем в областях, лишенных пятен. Пятна являются углублением в фотосфере Солнца с глубиной около 700 километров. Можно увидеть, что при приближении к краю диска Солнца солнечное пятно не только сужается, но становится несимметричной форма полутени. При хорошей стабильности атмосферы можно также заметить внутреннюю структуру тени, на темном дне которой появляются яркие точки с диаметром до 100 километров. Время жизни таких точек очень мало, не более минуты. Структура полутени заметна лучше и состоит она из серии радиальных волокон, идущих от тени к краю пятна. Пятна – самые заметные детали на Солнце. Даже в небольшой телескоп можно увидеть причудливой формы темную тень, окруженную менее плотной полутенью. Часто пятна образуют группы. Если проследить за отдельным пятном на протяжении нескольких дней, можно заметить, как оно перемещается по диску из-за вращения Солнца вокруг оси, при этом пятна меняют свою форму и размеры. Мелкие пятна могут исчезнуть за несколько дней. Интересно увидеть эффект Вильсона, наблюдая за пятном, приближающимся к краю диска. Эффект Ви́льсона — изменение видимой формы солнечного пятна в зависимости от его положения на диске Солнца. Состоит в том, что, если пятно находится вблизи лимба Солнца, ближайшая к лимбу сторона полутени пятна кажется толще, чем удалённая от неё. Эффект вызван тем, что солнечная плазма в солнечном пятне несколько холоднее и разреженнее, а следовательно — прозрачнее, чем в окружающей фотосфере. Таким образом, в пятне видимый свет исходит с большей глубины, поэтому можно считать, что солнечное пятно имеет форму блюдцеобразного понижения в солнечной атмосфере глубиной около 500—700 километров ниже уровня фотосферы. Если плоскость такого пятна не перпендикулярна оси зрения наблюдателя, то его дальний край выглядит шире, чем передний.
На картинке: эффект Вильсона на примере обычного блюдца. Синий цвет соответствует полутени пятна, белый — его тени.
Факелы
Кроме пятен, в фотосфере можно наблюдать факелы. Факелами называются яркие области вблизи солнечных пятен. Несколько сложнее увидеть факелы, окружающие пятна. Они имеют вид ярких точек и волокон различной формы. Легче всего увидеть факелы на краю диска Солнца, поскольку диск Солнца к краю становится менее ярким. А вот чтобы увидеть грануляцию, требуется объективный солнечный фильтр и объектив с диаметром не менее 70 мм. Если повезет увидеть факельное поле, то желательно отметить его местоположение на диске и оценить его яркость и характеристику. Яркость факелов можно оценить баллом от 0 до 4, где балл 0 обозначает слабый, едва заметный факел, балл 1 - слабый, но вполне заметный факел, балл 2 - факел средней яркости, балл 3 - яркий факел и балл 4 - очень яркий факел. Структура факелов может быть трех видов: I - однородное факельное поле или несколько однородных участков; II - факельное поле, имеющее волокнистую структуру; III - факельное поле с точечной структурой.
Хромосфера
Над фотосферой расположен слой толщиной в несколько тысяч километров, в котором температура с удалением от Солнца повышается от 5500 градусов до нескольких десятков тысяч градусов, причем достаточно неравномерно. Участок с температурами выше 10000 градусов невелик, он называется хромосферой. Яркость излучения хромосферы мала, увидеть ее можно только во время солнечного затмения, когда яркий диск Солнца закрыт диском Луны, а также в специальные солнечные телескопы. Чтобы увидеть структуру хромосферы, необходимо, чтобы полуширина пропускания фильтра составляла доли нанометров.
Образования в хромосфере
В хромосфере наблюдается целый ряд специфических образований. Во-первых, это хромосферная сетка. Она состоит из многочисленных темных линий, покрывающих всю поверхность Солнца и обрамляющая гранулы. В области солнечных пятен часто наблюдаются светлые пятна неясно выраженных очертаний - флоккулы.
Время от времени на светлой поверхности солнечного диска видно как будто трещины – фибриллы, или волокна. Но самые эффектные явления наблюдаются на краю диска. Это многокилометровые фонтаны, достигающие иногда высоты в 40 тысяч километров, они называются спикулами. Они напоминают огненную траву на краю диска Солнца. Как правило, спикулы живут недолго: от 2 до 10 минут. Но старые спикулы разрушаются, а взамен им вырастают новые. Самые большие спикулы развиваются до часа и более.
Внешняя часть атмосферы Солнца
Самая внешняя часть атмосферы Солнца состоит из огромных вытянутых протуберанцев и энергетических выбросов. Несмотря на то, что температура солнечной короны составляет несколько миллионов градусов, а иногда в некоторых областях доходит до десятков миллионов градусов, вещество здесь крайне разрежено и яркость короны невелика.
Солнечная корона неоднородна: высокая температура чередуется с участками со сравнительно низкой температурой порядка 600 тысяч градусов. В таких участках заряженные частицы беспрепятственно покидают Солнце и превращаются в солнечный ветер.
Особенности наблюдения Солнца
Для наблюдения Солнца не требуется особо большого телескопа. Наблюдать Солнце нужно грамотно, иначе можно получить серьезные травмы глаза. В инструкции к любому телескопу обычно большими буквами написано, что ни в коем случае нельзя смотреть на Солнце без специального солнечного фильтра.
Солнечные фильтры бывают разными. Некоторые телескопы комплектуются специальным солнечным фильтром, который надевается на окуляр или вкручивается в него. Но пользоваться таким фильтром бывает очень опасно, т.к. зеркала (или линзы) телескопа собирают довольно много света, весь этот свет попадает в небольшую область, поэтому фильтр запросто может перегреться и лопнуть, повредив глаз. Рекомендуется использовать специальную объективную диафрагму с объективными фильтрами.
Наиболее популярной среди любителей стала пленка Astrosolar от компании Baader. Эта пленка представляет собой очень тонкую фольгу. Пленка выпускается в двух вариантах с разной оптической плотностью. Для визуальных наблюдений она имеет оптическую плотность 5, что означает пропускание 1/100000 доли света. Фотографическая пленка менее плотная и при ее оптической плотности 3,8 через нее проходит 1/6300 падающего света. Изготовить такой фильтр просто, главное - обеспечить его надежную фиксацию.
Способ изготовления фильтра из пленки
На внешнюю часть трубы накручивается полоска картона вокруг трубы и закрепляется клеем или скотчем. Образуется картонное кольцо, которое надо надеть на трубу. Поверх этого кольца накручивается еще одно кольцо из картона. Теперь рассоединяем кольца и укладываем сверху на внутреннее кольцо пленку. Затем фиксируем пленку внешним кольцом.
Пленочный фильтр легкий и не может разбиться. Но есть у фильтра и недостатки. Волнистость фильтра хоть и крайне несущественно, но все-таки ухудшает качество изображения. Пленка частично разрушается. Поэтому ряд фирм производит стеклянные фильтры.
Некоторые любители изготавливают солнечные телескопы, которым фильтры не требуются. В таких телескопах системы Ньютона зеркала не покрываются отражающим алюминиевым слоем. Стекло отражает лишь 4% падающего на него света, а два зеркала отразят лишь 1/625 часть всего излучения Солнца. Солнце получается достаточно ярким, но наблюдать Солнце с такими зеркалами уже вполне безопасно для зрения. Для повышения удобства наблюдений можно применить более-менее плотный нейтральный фильтр.
Можно ли наблюдать Солнце без фильтра?
Если атмосфера у самого горизонта из-за плотной дымки сильно снижает яркость Солнца, то на него можно безболезненно смотреть невооруженным глазом и даже через телескоп. В таких условиях изображение Солнца достаточно качественное, на нем можно рассмотреть пятна и грануляцию. Но и здесь нужно проявлять крайнюю осторожность, т.к. количество инфракрасного излучения высоко.
Наблюдать Солнце без фильтра можно и сквозь плотные облака. Но и здесь следует быть внимательным, т.к. плотность облаков может очень быстро измениться, и тогда можно повредить зрение.
Можно также наблюдать Солнце на солнечном экране. Изготовить экран очень просто: на определенном расстоянии от окуляра смотрящего на Солнце телескопа поместить лист белой бумаги, чтобы увидеть светлое пятно. Перемещая фокусер, можно добиться изображения резко очерченного солнечного диска. При этом основные детали в структуре солнечных пятен будут видны. Вид Солнца в этом случае легко сфотографировать любым цифровым фотоаппаратом или сделать зарисовку карандашом.
Солнечный телескоп Coronado
Возможности любителей астрономии увеличились с выпуском солнечного телескопа Coronado PST. Это маленький телескоп с длиной трубы меньше полуметра и весом чуть больше килограмма. Корпус его сделан из алюминия. Установить телескоп можно как на любой фотоштатив. Благодаря его конструкции, мы можем наблюдать Солнце в красной линии ( H -альфа) и видеть многочисленные образования на Солнце, а также протуберанцы. Поскольку, в зависимости от различных условий, полоса фильтра может уходить в ту или иную сторону, имеется специальное кольцо, с помощью которого можно подстроить частоту эталона так, чтобы протуберанцы были видны наиболее отчетливо.
Чтобы было удобно наводить телескоп на Солнце, в Coronado установлен оригинальный искатель.
Солнце, как и планеты, рекомендуется снимать на веб-камеру или планетную камеру. Наблюдать Солнце очень интересно - происходящие на поверхности процессы очень динамичны, изменчивы и красивы. К тому же для наблюдения Солнца не надо никуда ехать – оно всегда доступно.
Как наблюдать солнечное затмение?
Солнечное затмение – одно из самых красивых и загадочных явлений природы. Оно происходит достаточно редко (в год на Земле может происходить от двух до пяти затмений), поэтому тем более важно не пропустить его. Что же такое - солнечное затмение?
Солнечное затмение – это астрономическое явление, когда Луна полностью или частично закрывает Солнце от наблюдателя на Земле. Солнечное затмение бывает только в период новолуния, когда сама Луна при этом не видна.
Какие бывают солнечные затмения? Астрономы различают три основных типа затмений. Полным солнечное затмение можно назвать только в том случае, если хотя бы в какой-либо точке земного шара можно наблюдать, как Луна полностью закрывает Солнце от наблюдателя. Такие затмения случаются не очень часто – в среднем лишь каждое четвёртое затмение является полным. Гораздо чаще бывает затмение частное – в этом случае какая-то часть Солнца остаётся видна, где бы вы ни находились. Самым редким является кольцеобразное затмение – в этом случае Луна находится так далеко от Земли, что проходит по диску Солнца, но не в состоянии закрыть его полностью, тогда образуется яркое кольцо вокруг тёмного силуэта Луны.
На территории России следующее полное солнечное затмение состоится 20 апреля 2061 года, зона видимости – Урал.
Как наблюдать солнечное затмение? Солнечное затмение являет собой явление необычайной красоты. Небо темнеет, а Солнце как будто исчезает в пасти небесного чудовища. Во время полных затмений вокруг Солнца появляется корона из ярких лучей, а на небе даже могут проявиться яркие звёзды и планеты. Неудивительно, что наши предки испытывали в такие дни благоговейный ужас перед силами природы. Наблюдать солнечное затмение надо через специальные очки, чтобы не повредить глаза.
Наблюдать затмение можно и через бинокль или телескоп, ведь тогда можно рассмотреть это чудо природы во всех деталях. Однако особое внимание нужно уделить защите глаз от солнечного света. Для этого рекомендуется использовать специальные светофильтры, покрытые тонким слоем металла. Также можно применить один-два слоя качественной чёрно-белой фотоплёнки, покрытой серебром.
Полное солнечное затмение можно наблюдать и через оптические приборы даже без затемняющих экранов, но при малейших признаках окончания затмения нужно немедленно прекратить наблюдение. Даже тоненькая полоска Солнца, показавшаяся из-за Луны и многократно усиленная через бинокль, может нанести непоправимый вред сетчатке глаза, а потому даже во время полных затмений специалисты настоятельно рекомендуют использовать затемняющие светофильтры.
Под солнечного наблюдением является наблюдение за солнце и явление , вызванное этим - особенно солнечные пятна и солнечные вспышки , а также за вычетом излучения и радиопомехи - понимать спорадический вспышки , магнитные помехи и тень или направление измерения с солнцем.
Оглавление
Визуальное наблюдение
Наблюдая за солнцем визуально, нужно действовать очень осторожно, потому что огромная яркость солнца может легко привести к необратимому повреждению глаз. В частности, мы никогда не должны с биноклем или телескопом без оптического солнцезащитного крема смотреть на солнце, потому что эффект горящего стекла устройства сетчатки глаза может разрушить глаз за доли секунды. С современными креплениями для телескопов это также может быть опасно, если двигатель проезжает мимо солнца при движении, и вы случайно смотрите в окуляр.
Наблюдения за Солнцем включают:
- Наблюдение восхода или заката и сопутствующих им явлений ( послесвечение , лунная иллюзия , аномалии рефракции и т. Д.)
- Наблюдение за пятнами и вспышками с помощью специальных инструментов, а также за выпуклостями и солнечными вспышками.
- Расположение солнечных пятен ( гелиографические координаты ) и вращение Солнца
- Навигации и локализация измерения угла места к солнцу
- Измерение азимута Солнца для съемочной сети
- Измерения направления с помощью теневой палки или выравнивания по зданиям
- Измерение солнечной радиации с помощью различных термометров, гелиографов или радиационного баланса.
- Измерение потоков частиц, магнитных или радиопомех в результате солнечной активности .
Вышеупомянутое предупреждение в основном относится к аспектам 2–5, но также необходимо соблюдать для № 1 и других типов.
Следующие ниже утверждения касаются прежде всего астрономо-астрофизических наблюдений фотосферы . Для других типов солнечного наблюдения см. Также астрономическую феноменологию , аэрономию , астронавигацию и метеорологию .
Наблюдение невооруженным глазом
Закат над Эгейским морем. Высота полета 11 км, фрагмент изображения увеличен примерно в 10 раз. Левый край солнца показывает небольшую аномалию рефракции, если щелкнуть изображение, чтобы увеличить его.
Солнце часто наблюдается открытыми глазами, когда оно встает и садится , например, чтобы подготовить фотографии на горизонте. Здесь также следует указать измерения отбрасываемой тени - например, на гномоне или в архитектурных целях. С другой стороны, детали на Солнце можно увидеть только в очень больших пятнах (3–4 раза в 2014–2015 гг.), Иногда также при сильных солнечных вспышках (места примерно на 1000 ° горячее) или при прохождении через Венеру, например как в июне 2012 г.
Раньше для этой цели часто рекомендовали солнцезащитные очки, но это не рекомендуется для более длительных наблюдений, так как сажа недостаточно хорошо фильтрует инфракрасные и ультрафиолетовые лучи, которые также опасны для глаз . Поэтому использование спасательных пленок для этой цели также не рекомендуется. Безопасны только астрономические солнцезащитные фильтры и защитные очки с майларовой пленкой или очень специальные сварочные очки в соответствии с DIN EN 169 и с уровнем фильтра не ниже 14. Другие сварочные очки не подходят.
Наблюдение с открытыми глазами за солнцем, которое находится очень низко или ослаблено дымкой и облаками, без фильтров и оптических средств обычно безопасно, потому что веки обычно закрываются вовремя, если свет слишком яркий. Поскольку солнечный свет с ультрафиолетовым и инфракрасным излучением содержит невидимые компоненты, которые могут повредить глаз, наблюдение с открытыми глазами не должно превышать нескольких минут.
Наблюдение в телескоп
Астрономические наблюдения
Для телескопических наблюдений за Солнцем, особенно за солнечными пятнами, необходимо использовать подходящие солнечные фильтры, в идеале в качестве линзового фильтра перед линзой телескопа . Ослабление света вблизи фокальной точки можно также осуществить с помощью клина Гершеля , солнечной призмы схемы Брандта или пентапризмы . Однако в последнем случае остаточный свет также должен быть ослаблен серыми фильтрами или поляризационными фильтрами, иначе он все еще будет слишком ярким для глаза.
По сути, солнцезащитный фильтр всегда должен быть прикреплен перед объективом, так как солнечные лучи даже не попадают в телескоп, а трубка остается более холодной. Растянуть фильтровальный лист перед линзой - это полезно и недорого. Мы настоятельно не рекомендуем использовать фильтры для окуляров из стекла или пластика, которые ввинчиваются в окуляр позади телескопа . Тепло, выделяемое солнечными лучами, настолько велико, что стеклянные фильтры могут лопнуть, а пластиковые фильтры могут расплавиться. В этом случае времени реакции века недостаточно, чтобы вовремя закрыть глаз.
Измерения с теодолитом
Среди телескопических наблюдений за солнцем и измерения есть один геодезический азимут Солнца с помощью теодолита . Только несколько производителей предлагают для этого подходящие солнцезащитные окуляры ; в основном приходится полагаться на самостоятельное построение фильтра. По опыту в технических университетах , экспонированных фотоматериалов фильмов , которые установлены в картонную трубку и размещены в передней части объектива окажется лучшим. Благодаря теодолитам, которые обычно имеют апертуру всего 4–5 см , их ослабление света обычно бывает достаточным.
В 1950 - х годах , голландец Brar Рулофс разработал в солнечную призму , с помощью которой, в дополнение к эффекту фильтра, то солнечный диск был также разделен на четыре изображения для более точного центрирования. Однако сегодня эти аксессуары больше не производятся.
У более старых теодолитов были свои собственные маленькие окулярные фильтры для определения солнечных азимутов, но с очень маленьким выходным зрачком или глазной диафрагмой. Таким образом, фильтры были - также из-за меньшего отверстия линз геодезических инструментов - менее опасны, чем для упомянутых выше астрономических наблюдений.
Низкое солнце
Также всегда необходимо использовать фильтр для наблюдения за солнцем, которое находится низко или ослаблено дымкой , потому что телескоп также улавливает невидимые ультрафиолетовые и инфракрасные лучи, которые могут повредить глаз. Проблема здесь иногда (как при низком положении солнца зимой) в тонкой дымке или облачной пелене, из-за которых изображение солнца сильно ослабляется, а контраст слишком слаб для четкого наблюдения солнечных пятен. Некоторые солнечные обсерватории в таких случаях используют более слабый поглощающий солнечный фильтр.
Метод проецирования
Процесс проецирования не только безвреден, но и позволяет легко рисовать пятна прямо на бумаге. Это также позволяет нескольким людям одновременно видеть детали Солнца, что также полезно для солнечных затмений . Однако, совершая экскурсию к звезде в группе, вы должны быть осторожны, чтобы посетители (особенно дети) не попадали на путь луча и даже не смотрели на него. Искателя покрыта таким образом , что ни один из наблюдателей не прожигает дыру в их одежде.
Для наблюдения за Солнцем были также разработаны специальные солнечные телескопы , которые в основном сконструированы в виде башенных телескопов, чтобы избежать турбулентности воздуха вблизи земли . Нагрев воздуха в трубке предотвращается путем его откачивания .
Смотри тоже:
Фотография солнца
Солнце с пятнами 28 октября 2003 г., снимок сделан 4-дюймовым телескопом Максутова с пленкой с фильтром ND 4.
Солнечная фотография - это часть астрофотографии . Для съемки низко расположенного солнца фильтры не требуются. Для фотосъемки высоко стоящего слепящего солнца необходимо либо прикрепить майларовую пленку перед объективом, либо использовать фильтры нейтральной плотности с плотностью ND 4.0. Поскольку последние фильтры недостаточно подавляют невидимые инфракрасные и ультрафиолетовые лучи, их следует использовать только для наблюдения за солнцем в течение короткого времени, например, при фокусировке камеры или следовании за солнцем. Новые специальные пленки для солнечных фильтров имеют паровое покрытие с обеих сторон и могут использоваться как визуально, так и фотографически без каких-либо колебаний.
Наблюдение за Солнцем с помощью спутников и космических зондов
Смотри тоже
- Радиус Солнца , полуденная высота , дневное наблюдение
- Астрономическое позиционирование , астронавигация
- Солнечная радиация , дневная дуга , восход и закат
- Солнечнаяактивность , пятна , протуберанцы , хромосфера
литература
- Рудольф Брандт , телескоп звездного друга . Космос-Верлаг, ок. 1960/1975
веб ссылки
Викисловарь: Наблюдение за Солнцем - объяснение значений, происхождение слов, синонимы, переводы
Индивидуальные доказательства
-
Эта страница последний раз была отредактирована 26 июля 2021 в 07:21.
Солнечная система
Ученые занимаются исследованием Солнца, и многих людей интересует, как именно они справляются с такой задачей. Ведь расстояние от Земли до этой ближайшей к нам звезды составляет 149 миллионов километров. К тому же, наблюдение за дневным светилом осложняется тем, что смотреть на него подолгу нельзя, это чревато ожогом сетчатки. Даже если человек собирается понаблюдать за Солнцем без оптики, своими глазами, ему необходимо обеспечить затемнение, и обычных темных очков для этого будет недостаточно.
Как же ученым удается пронаблюдать за таким сложным объектом? Подобные вопросы задают все любознательные люди, и на них стоит дать ответ.
История наблюдения за Солнцем
Бог солнечного света Гелиос
Люди наблюдали за Солнцем издавна – и даже более того, поклонялись ему. Во всех древних религиях имеется бог – Солнце, как правило, он же – бог – отец всего мира. Даже тысячи лет назад человечество понимало важность солнца, света и тепла, которое оно дает. Во многих древних религиях считалось, что дневное светило поднимается по утрам на небосвод на колеснице, которую несут лошади под управлением солнечного божества. Сол, Сурья, Гелиос – все это имена богов света, которым поклонялись древние люди.
Важность солнечного бога в некоторых пантеонах была настолько высокой, что ему регулярно приносили человеческие жертвы – так делали древние индейцы. Затмение же светила повсеместно считалось дурным предзнаменованием, люди боялись этого явления, несмотря на то, что уже в древности жрецы отмечали цикличность такого явления.
Тогда не было возможности рассмотреть солнечный диск так, как это могут сделать современные ученые, и ближайшая к нашей планете звезда была большой загадкой для людей.
Современные исследования Солнца
Телескоп с затемнением
Сегодня возможности для исследования Солнца стали куда более широкими. В космос запускаются космические аппараты, которые делают фотоснимки, регистрируют рентгеновские лучи, которые идут от звезды, могут фиксировать пульсации и другие происходящие на поверхности процессы. Разумеется, они не могут приблизиться вплотную или сесть на поверхность раскаленного светила, однако они успешно собирают огромный объем информации дистанционно. Наблюдают Солнце и с поверхности Земли. Для этого существуют особые телескопы с затемнением и другое специализированное оборудование, которое позволяет людям не рисковать глазами.
Интересный факт: на полюсах, в частности, в Антарктиде, есть исследовательские станции, где ученые пристально изучают Солнце. Приполярное расположение таких объектов закономерно, ведь летом на полюсах Солнце не заходит, и его можно наблюдать круглые сутки, не отрываясь.
История исследований Солнца в 20-м веке
Спутник Пионер
В 20-м веке началась космическая эра, первые спутники были направлены к Солнцу в 1959-1968 годах. Это были Пионеры, принадлежащие СССР, они получили первую точную информацию о солнечных ветрах, магнитном поле светила. Спутники серии Гелиос, которые останавливались на орбите ближайшей к Солнцу планеты Меркурия, стартовали в 1970-х годах, они смогли дать новые сведения о короне Солнца и ветрах.
Далее, в 1973 году, стартовал проект Skylab на базе обсерватории Аполлона. В 1991 году к исследованиям присоединяется Япония с проектом Yohkoh, этот спутник изучал солнечные вспышки вплоть до 2001 года. Лаборатория SOHO, позиционировавшаяся на позиции Лагранджа, работала с 1995 года по 2010, пока ее не заменил SDO. А в 2006 году в космос отправили STEREO – также для наблюдения Солнца. На данный момент исследования продолжаются, для этой цели планируется отправлять новые миссии.
Что мы знаем о Солнце сегодня?
Строение Солнца
Когда-то считалось, что на Солнце происходит процесс горения, по тому же принципу, что и в любой печи или костре на Земле. Именно этому фактору приписывалась способность звезды дарить тепло. В эру первых открытий в сфере радиации ученые стали указывать на то, что Солнце – это большая ядерная станция природного происхождения. Точного ответа на вопрос касаемо происходящих в звездах процессах и механизмах их нагрева все еще нет, ученые пока не смогли до конца исследовать подобные процессы. Однако несколько гипотез все же существует.
На данный момент ученый мир располагает главным образом фактами, которые были выяснены при наблюдении Солнца посредством использования современного оборудования. Так, радиус нашего светила составляет 695,990 км, это целых 109 радиусов Земли. Приблизительная масса составляет 333 земных, а возраст приравнивается к 4.57 млрд. лет. Приблизительная температура ядра составляет 15,600,000° К, а поверхностного слоя – 5770° К на уровне фотосферы. Слои Солнца имеют не равномерную температуру, показатели чередуются, ученые по сей день не могут объяснить этого факта.
Один оборот вокруг оси совершается звездой за 27 земных суток, при этом движение на экваторе происходит быстрее, на полюсах же оно замедлено. Солнечная активность циклична, периодически на поверхности появляются пятна – места пониженной температуры. Также на Солнце бывают вспышки.
Таким образом, Солнце – это сложный для изучения объект, однако современные технологии позволяют ученым добиваться определенных результатов. Новые данные о земном светиле поступают регулярно, они внимательно изучаются, на их основании строятся гипотезы. Хочется верить, что в ближайшее время ученые найдут ответы на все вопросы, связанные с Солнцем.
Интересное видео о Солнце
Если Вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
Солнце является основным источником энергии для Земли и всей Солнечной системы. Без него жизнь на нашей планете была бы невозможна. Неслучайно у многих древнейших цивилизаций (например, у египтян) именно бог Солнца считался верховным божеством, которому все остальные Боги были подчинены. Однако современная наука может рассказать о нашем светиле значительно больше, чем древнеегипетские мифы. Какие процессы протекают внутри Солнца, какова история этой звезды, и какое будущее ожидает ее через миллиарды лет?
Общая характеристика
Солнце – это огромный разогретый шар из газа, чей диаметр оценивается в 1,392 млн км. Это в 109 раз больше диаметра нашей планеты. На звезду приходится 99,87% всей массы Солнечной системы.
С Земли кажется, что светило имеет желтый цвет, однако это иллюзия, связанная с влиянием атмосферы нашей планеты на солнечный свет. На самом деле Солнце излучает почти белый свет.
Солнце – это одна из сотен миллиардов звезд галактики Млечный путь. Ближайшая к Солнцу звезда – это Проксима Центавра, находящаяся от неё на расстоянии 4,24 световых лет. Для сравнения – расстояние от Земли до Солнца, принимаемое за астрономическую единицу (а.е.), солнечный свет проходит всего за 8,32 минут.
Влияние Солнца на окружающие небесные тела огромно. Солнечный ветер (частицы вещества, излучаемого звездой), доминируют в межпланетном пространстве на расстоянии до 100-150 а.е. от светила. Считается, что гравитация нашей звезды определяет орбиты тел, находящихся даже на расстоянии светового года от неё (в облаке Оорта).
Само Солнце также вращается вокруг своей оси. Так как оно состоит из газов, то разные его слои вращаются с разной угловой скоростью. Если в районе экватора период обращения составляет 25 дней, то на полюсах он увеличивается до 34 дней. Более того, последние исследования показывают, что внутренние области совершают оборот значительно быстрее, чем внешняя оболочка.
Таблица “Основные физические характеристики Солнца”
Внутреннее строение Солнца
Внутренняя структура нашей звезды включает следующие слои:
В центре светила располагается ядро. Именно в этой области идут термоядерные реакции. Радиус ядра оценивается в 150 тыс. км. Температура здесь не опускается ниже 13,5 млн градусов, а давление доходит до 200 млрд атм. Из-за этого вещество здесь находится в крайне плотном состоянии. Его плотность составляет 150 г/куб. см. Это в 7,5 раз выше плотности золота. Именно такие условия необходимы для протекания термоядерных реакций. Надо понимать, что именно в ядре вырабатывается энергия, которую и излучает Солнце. Все остальные области звезды лишь обогреваются ядром, но сами ее не вырабатывают.
Зона лучистого переноса
Зона конвективного переноса
Выше располагается зона конвективного переноса толщиной 200 тыс. км. Здесь плотность уже невысока, и вещество активно перемешивается – нагретые газы поднимаются наверх, отдают тепло, остывают и снова погружаются вниз. Скорость газовых потоков может достигать 6 км/с. Именно это движение порождает магнитное поле Солнца. Температура на поверхности падает до 6000° С, а плотность на три порядка ниже плотности земной атмосферы.
Атмосфера
Атмосфера Солнца состоит из следующих слоев:
Фотосфера
Нижний слой атмосферы называют фотосферой. Именно она излучает тот свет, который согревает планеты Солнечной системы. Толщина фотосферы колеблется от 100 до 400 км. На внешней границе фотосферы температура падает до 4700° С.
Хромосфера
Над фотосферой располагается хромосфера – слой толщиной около 2000 км. Её яркость очень мала, поэтому с Земли её можно наблюдать довольно сложно. Удобнее всего это делать во время солнечных затмений. Она имеет специфический красный оттенок. В хромосфере можно наблюдать спикулы – столбы плазмы, выбрасываемые из нижних слоев хромосферы. Время существования одной спикулы не превышает 10 минут, а длина доходит до 20 тыс. км. Одновременно в хромосфере находится около миллиона спикул. Интересно, что с увеличением высоты температура хромосферы не падает, а растет, и на верхней границе может доходить до 20 000° С.
Корона
Верхний слой атмосферы называется короной. Ее верхняя граница до сих пор четко не определена. Вещество в ней крайне разрежено, однако температура в ней может достигать нескольких миллионов градусов. На сегодня ученым не удалось полностью объяснить, за счет каких механизмов солнечная корона разогревается до такой температуры. В короне можно наблюдать протуберанцы – выбросы солнечного вещества, чья высота над поверхностью звезды может достигать 1,7 млн км.
Магнитное поле Солнца
У Солнца есть магнитное поле. Исследователи выделяют глобальное поле звезды и множество локальных полей.
В разных районах Солнца могут наблюдаться и малые, то есть локальные магнитные поля. Их напряженность может в тысячи раз превышать напряженность глобального поля, однако время их существования редко превышает несколько десятков дней. Особенно часто локальные поля наблюдаются в районе солнечных пятен. Дело в том, что эти пятна как раз и являются теми точками, через которые магнитные поля из внутренних областей выходят наружу.
Жизненный цикл Солнца
Возраст Солнца оценивается учеными в 4,5 млрд лет. Сформировалось оно из газопылевого облака, которое постепенно сжималось под действием собственной гравитации. Из этого же облака возникли планеты и почти все остальные объекты в Солнечной системе. Когда в центре сжимающегося облака плотность, а вместе с ней температура и давление выросли до критических значений, началась термоядерная реакция – так зажглось Солнце.
Постепенно из-за выгорания водорода ядро будет уменьшаться в размерах, а вся звезда в целом – увеличиваться. Через 6,4 млрд лет водород в ядре закончится, радиус звезды в этот момент будет больше современного в 1,59 раз. В течение 700 млн лет звезда расширится до 2,3 современных радиусов.
Далее рост температуры приведет к тому, что термоядерные реакции горения водорода запустятся уже не в ядре, а в оболочке звезды. Из-за этого она резко расширится, и ее внешние слои будут достигать современной земной орбиты. Однако к тому моменту светило потеряет значительную часть своей массы (28%), что позволит нашей планете перейти на более отдаленную орбиту. Солнце в этот период своей жизни, который продлится 10 млн лет, будет являться красным гигантом.
Из-за пульсаций, связанных с изменениями температуры Солнца, его внешние слои отделятся от ядра и образуют планетарную туманность. Само же ядро превратится в белый карлик – объект, чьи размеры будут сопоставимы размерами Земли, а масса будет равна половине современной солнечной массы. Далее этот карлик, состоящий из углерода и кислорода, будет постепенно остывать. Никаких термоядерных реакций в белом карлике идти не будет, поэтому со временем (за десятки млрд лет) он превратится в черный карлик – остывшую плотную массу вещества. На этом эволюция Солнца завершится.
Орбита и расположение Солнца в галактике Млечный путь
Солнце вместе со всей Солнечной системой вращается относительно центра Млечного пути, в котором располагается огромная черная дыра. Расстояние от нее до нашего светила составляет 26 тыс. св. лет. Один оборот Солнечная система совершает примерно за 225-250 млн лет. Скорость движения звезды относительно центра галактики составляет 225 км/с.
Исследование Солнца
Аристарх Самосский в III в. до н. э. первым предположил, что именно Земля вращается вокруг Солнца, а не наоборот. Но лишь во времена Коперника и Галилея эта теория была принята научным сообществом. Тогда же начались исследования Солнца с помощью телескопа. Галилей понял, что солнечные пятна – это часть светила. Изучая их, он понял, что звезда вращается вокруг своей оси, и даже смог определить период обращения.
В 1672 г. Д. Кассини смог достаточно точно рассчитать расстояние до светила. Для этого он определял положение Марса на небосводе в Париже и Кайенне (Южная Америка). Он получил значение в 140 млн км.
В XIX в. физики стали изучать спектр солнечного света. Этот метод позволял определить химический состав звезды. В 1868 г. было обнаружено, что в состав светила входит элемент, до того неизвестный человечеству. Его назвали гелием.
Большой загадкой для ученых оставалась природа энергии, излучаемой Солнцем. Выдвигались ошибочные версии, что звезда нагревается за счет падения на нее метеоритов или за счет гравитационного сжатия. Лишь с открытием ядерных реакций физики смогли предположить, что источник солнечного тепла – это термоядерный синтез.
Интересные факты о Солнце
Для любого объекта, излучающего тепло, можно посчитать отношение мощности к его объему. Оказывается, что удельная мощность Солнца примерно в тысячу раз меньше, чем удельная мощность человеческого организма! Это означает, что огромный объем выделяемого светилом тепла в первую очередь объясняется его гигантскими размерами.
Периодически всплески солнечной активности приводят к геомагнитным бурям. Мощнейшая из них произошла в 1859 г. В результате на Земле перестала работать телеграфная связь, а северное сияние наблюдалось даже над Кубой.
Сейчас общепризнанна теория, что Солнце образовалось из газопылевого облака. Однако откуда появилось само облако? Ученые предполагают, что оно является остатком предыдущих звезд. Химический анализ показывает, что Солнце является звездой уже третьего поколения. Это значит, что вещество, из которого состоит светило, ранее входило в состав двух других звезд, уже прекративших существование.
Хотя большинство планет вращаются вокруг Солнца в плоскости эклиптики, экватор самой звезды не совпадает с этой плоскостью, а наклонен на 7°. Эту аномалию до сих пор не удалось объяснить. Возможно, причиной этого является существование ещё одной планеты в Солнечной системе, чья орбита лежит не в плоскости эклиптики, а под углом к ней. Ряд наблюдений подтверждает существование Девятой планеты, но пока что говорить об ее открытии преждевременно.
В телескоп на Солнце можно посмотреть всего
два раза - сначала правым глазом, а потом - левым.
Наблюдение Солнца требует использования специального оборудования и специальной подготовки перед наблюдением. Это обусловлено тем, что Солнце имеет достаточно большую яркость, то есть, следовательно, светосила телескопа должна быть не очень большой. Хотя здесь следует отметить, что Солнце является не самой мощной звездой во Вселенной, а ее яркость обусловливается лишь близостью к Земле (поэтому наша Звезда светит 500 000 раз ярче полной Луны). Именно из-за этой яркости вредно и опасно для зрения наблюдать Солнце днем невооруженным глазом или обычным биноклем и телескопом. Для этого требуются специальные затемняющие светофильтры, которые приглушали бы солнечную яркость. Они устанавливаются перед объективом бинокля или телескопа. Хотя, несмотря на эффективность светофильтров, рекомендуется все же пользоваться другим способом наблюдения – проецировать солнечное изображение через телескоп на белый экран и изучать солнечные пятна, а также грануляцию и факелы на поверхности Солнца уже непосредственно с экрана. Таким образом, Солнце можно наблюдать, используя даже маленький любительский телескоп.
Следует учитывать тот факт, что атмосфера Земли сильно мешает при наблюдении Солнца (как впрочем, и при наблюдении других космических объектов), так как большинство невидимых (а также видимых) излучений поглощаются воздухом и не достигают поверхности Земли. Поэтому, конечно, лучше всего наблюдать Солнце с высокой горы, где атмосферный слой гораздо тоньше. Недаром многие обсерватории расположены на большой высоте.
Теперь немного слов о специальных солнечных телескопах. Конструкция солнечного телескопа достаточно громоздка (иногда может достигать десятков метров!), поэтому вращать ее достаточно трудно. Хотя в этом и нет большой необходимости, так как положение Солнца на небе ограничивается поясом всего 46 градусов. Плюс к этому, часто солнечные телескопы делают неподвижными, а освещают их солнечными лучами с помощью вращающихся зеркал (такие зеркала вращаются вокруг оси, параллельной оси вращения Земли при помощи специального часового механизма). Современные телескопы, как правило, строятся в виде башни, на которой вверху устанавливаются подобные зеркала. Кроме телескопа и зеркал существует и другие дополнительные приборы для анализа полученных данных при наблюдения Солнца. Это, прежде всего спектрограф, в котором длина видимого спектра Солнца достигает десятка метров. Потом из всего этого спектра выбирается несколько узких областей, которые в свою очередь измеряются фотографическими и фотоэлектрическими методами.
Итак, теперь, после краткого обзора возможных приборов для изучения Солнца, можно перейти непосредственно к наблюдению. Сначала перед самим наблюдением следует определиться с диаметром диска Солнца (при использовании проекции на экран). Для этого нужно учитывать яркость изображение, которое дает конкретный телескоп. Наиболее удобным диаметров является, как правило, 15 см. Далее следует правильно навести телескоп на Солнце. Для этого обычно используют тень от телескопа на экране, при этом если тень прямая (а не искаженная), то Солнце будет находиться в поле зрения телескопа. При наблюдении Солнца через проекцию на экран следует заранее на этом экране нарисовать окружность необходимого диаметра, а потом уже отрегулировать экран так, чтобы изображение Солнца точно совпало с окружностью.
Кстати, обратите внимание, как смещаются пятна друг относительно друга изо дня в день. Это объясняется газообразным строением Солнца: более близкие к экватору пятна станут опережать пятна средних широт.
Конечно, говоря о наблюдении Солнца, следует обязательно сказать несколько слов о наблюдении солнечного затмения. Солнечное затмение, также как и просто Солнце тоже лучше наблюдать с помощью проекции на белый экран (это может быть белый лист или даже майка). При наблюдениях солнечного затмения всегда интересно отметить моменты начала и конца затмения. При наблюдении затмения обратите внимание на неровности лунного края, которые, по сути, являются лунными горами и кратерами. Интерес при наблюдении солнечных затмений представляет обычно серебристо-жемчужная корона, которая простирается до 10 градусов от Солнца, и состоит из внешней короны (это слабоконтрастные детали - лучи, опахала, шлемы, перья, арки), и внутренней короны, которая расположена у самого края Солнца (контрастные тонкие детали). За несколько секунд до полного солнечного затмения можно увидеть солнечной хромосферу в виде яркого оранжевого кольца, над которой простирается слой протуберанцев (выбросы вещества разного размера). Если телескоп достаточно мощный можно заметить и шероховатый край Солнца – спикулы, которые образуют внешнюю границу хромосферы.
Читайте также: