Как устроена солнечная атмосфера кратко
Обновлено: 02.07.2024
Атмосфера есть не только у планет и спутников, но и у звезд. Только у последних под этим понятием подразумевается не газовая оболочка, а внешние слои звезды.
Что такое фотосфера?
Фотосфера — это внутренний слой атмосферы Солнца. Иногда этим термином называют поверхность звезды, что не очень корректно. Этот слой выполняет очень важную задачу. Фотосфера поглощает радиоактивное излучение, вызываемое превращением водорода в гелий в солнечном ядре, и отражает его во внешнюю среду. Этот слой толстый и непрозрачный.
При близком рассмотрении можно увидеть, что фотосфера имеет неоднородную структуру. Ее поверхность содержит зернышки — гранулы. Явление грануляции вызвано тем, что раскаленная плазма поднимается к поверхности, а при остывании опускается. Эти гранулы и есть эти потоки.
Что такое хромосфера?
Хромосфера — это внешний слой атмосферы, который обволакивает фотосферу. Если фотосфера имеет желтоватый цвет, то хромосфера — красноватый оттенок. Если первую можно наблюдать в любой момент, то вторую только во время солнечных затмений в виде фиолетовой тонкой полоски.
Хромосфера тоже имеет неоднородную структуру. Она имеет в своем составе спикулы — вытянутые лучи, которые напоминают языки пламени или траву. Есть и еще одно очень интересное формирование — протуберанец .
Это структура, похожая на пятно, которая может излучаться и возвышаться над поверхностью Солнца. Они имеют очень низкую температуру. Иногда протуберанцы могут взрываться и вызывать солнечные вспышки.
Что такое солнечная корона?
Солнечная корона — это самый внешний слой атмосферы звезды, который невозможно наблюдать при обычных условиях. Она заметна лишь при солнечных затмениях в виде лучистой сферы. Астрономы искусственно затеняют диск Солнца, чтобы изучить солнечную корону. Это связано с тем, что корона имеет очень низкую светимость.
Это самый большой слой из всех атмосферных слоев. Его внешняя граница до сих пор не установлена, но считается, что все планеты солнечной системы находятся в ее границах.
Солнечная корона имеет лучистую структуру. Вытянутые элементы в структуре называются корональными петлями и именно в них образуется солнечный ветер — выброс ионизированного излучения Солнцем. Он вызывает возмущение геомагнитного поля Земли. На планете в ответ на это возникают северные сияния и другие явления космической погоды.
Солнечная корона — это самая горячая структура в солнечной атмосфере.
Солнечная атмосфера не похожа на атмосферу Земли, ведь она не состоит из привычных газов. У нее есть свои особенности и особая форма.
Спасибо за внимание! Если вы заметили ошибку в тексте, то, пожалуйста, сообщите о ней в комментариях, там же можете предложить тему для следующей статьи : )
В этом видеоуроке мы рассмотрим строение солнечной атмосферы. Узнаем, какой слой Солнца является основным источником его видимого излучения. Познакомимся с характерными объектами и явлениями, возникающими в атмосфере Солнца. А также выясним, что такое солнечная активность и какова её цикличность.
В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам
Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобретя в каталоге.
Получите невероятные возможности
Конспект урока "Атмосфера Солнца и солнечная активность"
Солнечная атмосфера состоит из нескольких слоёв: фотосферы, хромосферы и короны.
Фотосфера — это самый нижний слой солнечной атмосферы. Её толщина не превышает и 300 километров.
Температура фотосферы по мере приближения к её внешнему краю уменьшается с 6600 К до 4400 К. При таких температурах раскалённый газ излучает энергию преимущественно в оптическом диапазоне волн. Именно этот нижний слой атмосферы, видимый как желтовато-яркий диск, зрительно воспринимается нами как Солнце.
При близком рассмотрении фотосферы можно заметить, что её поверхность состоит как бы из отдельных зёрен — гранул. Это огромные пузыри плазмы, диаметр которых может достигать 700—1000 километров.
Существует одна такая гранула недолго — в среднем 5—10 минут. Затем на её месте появляется новая гранула, которая будет отличаться от прежней по форме и размерам. Процесс постоянного возникновения и исчезновения гранул в фотосфере называется грануляцией.
Наиболее приметными и самыми известными объектами фотосферы Солнца являются солнечные пятна. Их диаметр может достигать 200 000 километров, что существенно больше диаметра нашей планеты. Но есть и маленькие пятна, которые принято называть порами.
Наблюдение за солнечными пятнами в начале XVII века показали, что их положение на Солнце постоянно меняется. Так было установлено, что наша звезда вращается вокруг своей оси. Причём её вращение совпадает с направлением движения планет. Однако период вращения частей Солнца неодинаков. Так на экваторе время полного оборота вокруг оси составляет 25,05 дней. У полюсов же сидерический период увеличивается до 34,3 дня.
Солнечные пятна — это не статичные объекты. Сначала они наблюдаются как маленькие тёмные участки, диаметр которых не превышает 3000 километров. Большинство таких участков в скором времени исчезает. Однако некоторые из них могут увеличиваться в несколько десятков раз, сливаться в большие группы, менять форму и размеры на протяжении нескольких оборотов Солнца.
Возникновение тёмных пятен на Солнце учёные связывают с колебаниями его магнитного поля. Так, в обычных условиях его индукция лишь в 2 раза превышает индукцию магнитного поля Земли. Но иногда в небольшой области возникают концентрированные магнитные поля, индукция которых может достигать 0,5 Тл. Такие мощные поля не дают горячей плазме подняться к поверхности. В результате чего вместо светлых гранул образуется тёмное пятно.
Вместе с тем вблизи пятен, где магнитное поле слабее, конвективные движения усиливаются. И тогда в этих местах появляются хорошо заметные яркие образования — факелы. Факелы имеют сложную волокнистую структуру, а их температура на несколько сотен градусов превышает температуру фотосферы.
Во время полного солнечного затмения вокруг диска Луны бывает видна тонкая полоска красновато-фиолетового или розового цвета. Это хромосфера Солнца.
Её толщина составляет порядка 10 000 километров. А температура вещества в ней увеличивается с высотой от 4000 К до 20 000 К. Несмотря на такую высокую температуру, яркость хромосферы невелика из-за малой плотности вещества в ней.
Основным элементом структуры хромосферы Солнца являются спикулы. Они представляют собой достаточно тонкие, в масштабах Солнца, столбики светящейся плазмы. Одна такая спикула в среднем живёт около 5—10 минут. А её максимальная длина может достигать 20 000 километров. Из-за этого в конце XIX века итальянский астроном Анджело Секки, наблюдая хромосферу в телескоп, сравнил её с горящими прериями.
Самая разреженная и самая горячая оболочка атмосферы Солнца — это солнечная корона. Её толщина составляет несколько радиусов Солнца. А температура плазмы в ней достигает 2 000 000 К.
Корона в основном состоит из протуберанцев и солнечных извержений. Протуберанцы наблюдаются на самом краю солнечного диска. Они похожи на гигантские арки, которые опираются на хромосферу Солнца.
Как правило, в большинстве протуберанцев вещество движется медленно, а время их существования может достигать нескольких месяцев. Но иногда потоки вещества в них начинают довольно быстро двигаться. Говорят, что протуберанец стал активным. Активный протуберанец может жить от нескольких десятков минут до нескольких суток. Затем он либо исчезает, либо превращается в эруптивный протуберанец. Они по внешнему виду напоминают гигантские фонтаны, которые в некоторых случаях бьют на высоту до 2 000 000 километров. Скорость вещества в таких образованиях достигает нескольких сотен километров в секунду.
Детальное изучение данного явления показало, что происходит оно в основном во время вспышек. Вспышки — это самые мощные проявления солнечной активности, во время которых иногда выделяется энергия, эквивалентная взрыву примерно 160 миллиардов мегатонных атомных бомб (6 ∙ 10 25 Дж). Для сравнения: это объём мирового потребления электроэнергии за миллион лет.
Облака плазмы, обусловленные солнечными вспышками и корональными выбросами, достигают Земли примерно через двое-трое суток. Они приводят к возникновению геомагнитных бурь на Земле, которые определённым образом влияют на технику и биологические объекты (в том числе и человека).
Число пятен и протуберанцев, частота и мощность вспышек на Солнце меняются с определённой, хотя и не очень строгой периодичностью. Эти периодические изменения солнечной активности называют солнечной цикличностью.
Наиболее известным и лучше всего изученным является солнечный цикл Швабе, длительностью около 11 лет (хотя фактически, колебания циклов происходит в пределах от 7,5 до 16 лет).
Спустя два цикла Швабе (то есть спустя 22 года) магнитное поле Солнца возвращается в своё исходное состояние. Этот цикл получил название цикла Хейла в честь американского астронома Джорджа Эллери Хейла.
Из внешней части солнечной короны истекает солнечный ветер. Он представляет собой непрерывный расширяющийся поток разреженной плазмы, радиально исходящий от Солнца вдоль линий напряжённости магнитного поля и заполняющий собой межпланетное пространство.
Вблизи нашей планеты его скорость составляет порядка 450 км/с, и она увеличивается по мере удаления от Солнца. А плотность солнечного ветра вблизи Земли составляет всего несколько частиц в кубическом сантиметре.
Поток солнечной плазмы не может преодолеть противодействие магнитного поля Земли и обтекает его. При этом образуется полость каплеобразной формы — магнитосфера. Как мы уже знаем, она имеет сложную форму. Со стороны Солнца граница магнитосферы сжата давлением солнечного ветра. С ночной же стороны она вытягивается длинным цилиндрическим хвостом на значительное расстояние, и где заканчивается — неизвестно (хотя некоторые учёные считают, что длина магнитного хвоста Земли составляет порядка 6000 её радиусов).
Небольшая часть захваченных геомагнитным полем заряженных частиц образует вокруг нашей планеты радиационный пояс. Здесь движутся протоны, ионы и электроны, обладающие самой высокой энергией. Эти частицы, попадая из в верхние слои атмосферы в районе полюсов, заставляют светиться её основные составляющие — азот и кислород, вызывая полярные сияния.
А 1 февраля 2010 года была запущена космическая обсерватория солнечной динамики. На её борту находится аппаратура, способная получать 12 различных видов изображений Солнца.
А разрешение снимков таково, что учёные могут наблюдать на поверхности Солнца детали с угловым размером 0,6 угловой секунды. В период с 2010 по 2015 годы космической обсерваторией было собрано около 2600 терабайт данных, в том числе более 200 млн фотографий поверхности Солнца.
И последнее. Знаете ли вы, что Солнце светит почти белым светом? Но из-за рассеяния и поглощения коротковолновой части спектра атмосферой Земли прямой свет Солнца у поверхности нашей планеты приобретает желтоватый оттенок.
Поверхность Солнца, которую мы видим, известна как фотосфера. Это область, где свет из ядра, наконец достигает поверхности. Температура фотосферы составляет около 6000 К, и она светится белым светом.
Фотосфера
Прямо над фотосферой, атмосфера простирается на несколько сотен тысяч километров. Давайте подробнее рассмотрим строение атмосферы Солнца.
Первый слой в атмосфере имеет минимальную температуру, и находится на расстоянии около 500 км над поверхностью фотосферы, с температурой около 4000 К. Для звезды это достаточно прохладно.
Хромосфера
Следующий слой известен как хромосфера. Она находится на расстоянии всего лишь около 10.000 км от поверхности. В верхней части хромосферы, температура может достигать 20000 К. Хромосфера невидима без специального оборудования, в котором используются узкополосные оптические фильтры. Гигантские солнечные протуберанцы могут подниматься в хромосфере на высоту 150.000 км.
Над хромосферой располагается переходный слой. Ниже этого слоя, гравитация является доминирующей силой. Над переходной областью, температура поднимается быстро, потому что гелий становится полностью ионизованным.
Солнечная корона
Следующий слой за хромосферой — корона Солнца, и она распространяется от звезды на миллионы километров в космосе. Вы можете увидеть корону во время полного затмения, когда диск светила закрыт Луной. Температура короны примерно в 200 раз горячее поверхности.
В то время, как температура фотосферы всего 6000 K, у короны она может достигать 1-3 млн. градусов Кельвина. Ученые до сих пор до конца не знают, почему она настолько высока.
Гелиосфера
Верхняя часть атмосферы называется гелиосфера. Это пузырь пространства, заполненный солнечным ветром, он простирается примерно на 20 астрономических единиц (1 а.е. это расстояние от Земли до Солнца). В конечном итоге, гелиосфера постепенно переходит в межзвездную среду.
По всем своим параметрам атмосфера Солнца абсолютно не похожа на газовые оболочки движущихся вокруг него планет. Она начинается над зоной конвекции и продолжается бесконечно далеко в виде потоков солнечного ветра. Для атмосферы Солнца характерно слоистое строение. Атомы водорода, гелия и других элементов, переходя от нижних слоев внешней оболочки звезды к верхним, полностью ионизируются. Они формируют потоки движущейся плазмы и простираются по всей Солнечной системе и за ее пределами.
Рассмотрим детально три слоя солнечной атмосферы.
Фотосфера
Является самым ярким слоем солнечной атмосферы, из которого выходит наибольшая часть видимого излучения звезды. Ее толщина колеблется от 100 до 400 км. Именно благодаря фотосфере мы наблюдаем кажущуюся поверхность Солнца.
изображение фотосферы
Это крайне разряженный слой внешней оболочки звезды. Ее давление не превышает 0,1 атм., а плотность составляет от 10 -8 до 10 -9 г/ куб. см. Состоит нижняя часть солнечной атмосферы из относительно нейтральных атомов водорода и гелия и ионизированных атомов металлов. Однако водород по мере продвижения вверх по внешней оболочке Солнца также начинает терять свои атомы.
Температура фотосферы самая низкая во всей атмосфере. У конвекционной зоны она составляет около 5,7*10 3 градусов Цельсия, а у своего края опускается до 3,7*10 3 .
Фотосфера Солнца имеет зернистую структуру. Эти гранулы являются верхушками колонн перемешивающейся в зоне конвекции плазмы. Их диаметр в среднем равняется 1 км, а продолжительность существования не превышает 20 мин.
Хромосфера
Средний слой атмосферы Солнца имеет толщину около 15000 км. Хромосфера еще более разряжена, чем фотосфера и плотность частиц здесь не превышает 10 -13 г/ куб. см. В ее слоях водород и гелий частично подвергаются ионизации.
В нижней части хромосферы Солнца температура составляет 3500° С, а у границы с солнечной короной повышается до 19000°С. Среднее значение температуры среднего слоя солнечной атмосферы – 9700°С.
изображение хромосферы
Хромосфера имеет неоднородную, зернистую структуру. Ее основу составляют спикулы – тонкие столбики плазмы диаметром до полутора километров и длиной в несколько десятков тысяч километров. Одновременно образуется до миллиона таких столбиков со средней продолжительностью жизни 10 минут. Кроме спикул средний слой содержит супергрануляции, облакоподобные флоккулы и протуберанцы.
Увидеть эту оболочку в обычных условиях невозможно из-за ее малой плотности. Хромосфера становится видимой во время полного затмения Солнца, когда фотосфера оказывается закрыта спутником Земли. Она проявляется в виде тонкого красноватого ободка вокруг небесного светила.
Солнечная корона
Внешний слой солнечной атмосферы называется солнечной короной. Это максимально разряженная оболочка, где плотность частиц колеблется от 10 -12 до 10 -15 . Атомы водорода и гелия в пределах короны Солнца становятся полностью ионизированными. Ее толщину невозможно рассчитать, т.к. с ее поверхности исходят потоки солнечного ветра, распространяющиеся на огромные космические расстояния.
изображение короны
Средняя температура в верхних слоях атмосферы Солнца — 1*10 6 К. Некоторые участки короны разогреваются до 8 — 15*10 6 К. Также на ее поверхности есть более холодные участки с низкой плотностью – корональные дыры. Здесь температура падает до 6*10 5 К. Эти дыры остаются после высвобождения потока солнечного ветра и образуются чаще всего на полюсах звезды. Они оказывают влияние на ионосферу и магнитосферу Земли.
Несмотря на такие высокие температурные значения, ее малая плотность не позволяет разглядеть корону невооруженным глазом. Она становится заметной лишь в периоды полного затмения Солнца.
Основным элементом короны являются протуберанцы. Это относительно холодные сгустки плазмы, поднимающиеся над поверхностью Солнца. Продолжительность их жизни колеблется от нескольких минут до нескольких суток, после чего они рассеиваются и исчезают. Кроме протуберанцев во внешнем слое атмосферы Солнца постоянно происходят извержения – потоки ионов вырываются из короны, образуя так званый ветер.
Солнечный ветер
Потоки ионизированных частиц вырываются из верхних слоев атмосферы Солнца и распространяются на тысячи и даже миллионы километров. Именно с ним связаны такие уникальные явления на нашей планете, как полярные сияния и магнитные бури.
изображение воздействия на Землю
Солнечный ветер бывает двух видов: медленный и быстрый. Медленные потоки водородно-гелиевой плазмы движутся со скоростью не более 400 км/с и имеют температуру до полутора миллионов Кельвинов. Быстрый ветер имеет в своем составе атомы неионизированного водорода, движется со средней скоростью 750 км/с и в два раза холодней медленного ветра.
Потоки ионов уносят с собой часть массы звезды. Рассчитано, что за 150 млн. лет Солнце теряет частиц с общей массой, равной массе Земли.
Расстояние, на которое распространяется этот феномен со сверхзвуковой скоростью, обозначается как гелиосфера. Оно составляет более 20 а.е., а затем из-за значительного снижения скорости потоков ионизированных частиц гелиосфера переходит в межзвездную среду.
Читайте также: