«Космос. Від Сонячної системи вглиб Всесвіту»
Сонце - центральне світило, навколо якого обертаються всі планети та малі тіла Сонячної системи. Це не лише центр тяжіння, а й джерело енергії, що забезпечує тепловий баланс та природні умови на планетах, у тому числі життя на Землі. Рух Сонця щодо зірок (і горизонту) вивчався з давніх часів, щоб створювати календарі, які люди використовували насамперед для сільськогосподарських потреб. Григоріанський календар, що нині використовується майже всюди у світі, є по суті сонячним календарем, заснованим на циклічному обігу Землі навколо Сонця. Візуальна зоряна величина Сонця дорівнює 26,74 m і є найяскравішим об'єктом на нашому небі.
Сонце - рядова зірка, що знаходиться в нашій галактиці, яка називається просто Галактика або Чумацький Шлях, на відстані 2/3 від її центру, що становить 26 000 світлових років, або
10кпк, та на відстані
25пк від площини Галактики. Воно звертається навколо її центру зі швидкістю
220км/с та періодом 225–250 мільйонів років (галактичний рік) за годинниковою стрілкою, якщо дивитися з боку північного галактичного полюса. Орбіта є, як припускають, приблизно еліптичною і зазнає обурення галактичних спіральних рукавів через неоднорідні розподіли зоряних мас. Крім того, Сонце здійснює періодичні переміщення вгору та вниз щодо площини Галактики від двох до трьох разів за оборот. Це призводить до зміни гравітаційних збурень і, зокрема, дуже впливає на стійкість положення об'єктів на краю Сонячної системи. Це спричиняє вторгнення комет із Хмари Оорта всередину Сонячної системи, що веде до збільшення ударних подій. Взагалі ж, з погляду різноманітних обурень, мизнаходимося у досить сприятливій зоні в одному зі спіральних рукавів нашої Галактики на відстані
2/3 від її центру.
У сучасну епоху Сонце розташоване поблизу внутрішньої сторони рукава Оріона, переміщаючись усередині Місцевої Міжзоряної Хмари (ММО), заповненої розрідженим гарячим газом, можливо залишком вибуху наднової. Як побачимо в гол. 10, цю область називають галактичною зоною. Сонце рухається в Чумацькому Шляху (щодо інших близьких зірок) до зірки Вега в сузір'ї Ліра під кутом приблизно 60° від напрямку до галактичного центру; його називають рухом до апексу. Цікаво, що, оскільки наша Галактика також переміщається щодо космічного мікрохвильового фонового випромінювання (CMB — Cosmic Microvawe Background, див. гл. 11) зі швидкістю 550км/с у напрямку сузір'я Гідри, результуюча (залишкова) швидкість Сонця щодо CMB становить близько 37 з і спрямована до сузір'я Лева. Зауважимо, що Сонце у своєму русі зазнає невеликих обурень від планет, насамперед Юпітера, утворюючи з ним загальний гравітаційний центр Сонячної системи — баріцентр, розташований у межах радіусу Сонця. Кожні кілька сотень років барицентричний рух перемикається від прямого (проміжного) до зворотного (ретроградного).
Сонце сформувалося приблизно 4,5 млрд. років тому, коли швидке стиснення хмари молекулярного водню під дією гравітаційних сил призвело до утворення в нашій області Галактики змінної зірки першого типу зіркового населення — зірки типу T Тельця (T Tauri). Після початку сонячному ядрі реакцій термоядерного синтезу (перетворення водню на гелій) Сонце перейшло головну послідовність діаграми Герцшпрунга–Рассела (ГР) (див. гл.6). Сонце класифікується як жовтакарликова зірка класу G2V, яка здається жовтою під час спостереження із Землі через невеликий надлишок жовтого світла у її спектрі, викликаного розсіянням у атмосфері синіх променів. Римська цифра V у позначенні G2V означає, що Сонце належить до головної послідовності ГР-діаграми. Як припускають, в ранній період еволюції, до моменту переходу на головну послідовність, воно знаходилося на так званому треку Хаяші, де стискалося і, відповідно, зменшувало світність за збереження приблизно тієї ж температури. Наслідуючи еволюційний сценарій, типовий для зірок низької та середньої маси, що знаходяться на головній послідовності, Сонце пройшло приблизно половину шляху активної стадії свого життєвого циклу (перетворення водню на гелій в реакціях термоядерного синтезу), що становить загалом приблизно 10 млрд років, і збереже цю активність протягом наступних приблизно 5 млрд. років. Сонце щорічно втрачає 10 -14 власної маси, а сумарні втрати протягом усього його життя становитимуть 0,01%.
За своєю Сонце — плазмова куля діаметром приблизно 1,5 млн км. Точні значення його екваторіального радіусу та середнього діаметра становлять відповідно 695 500 км та 1 392 000 км. Це на два порядки більше за розмір Землі і на порядок більше за розмір Юпітера. Середній кутовий розмір Сонця при спостереженні із Землі дорівнює 31 59 і змінюється в межах від 31? 27? до 32? 31?, а нахил осі обертання до екліптики 7,25 °. Сонце обертається навколо своєї осі проти годинникової стрілки (якщо дивитись із Північного полюса світу), швидкість обертання зовнішніх видимих шарів становить 7284 км/год. Сидеричний період обертання на екваторі дорівнює 25,38 діб., тоді як період на полюсах набагато довший - 33,5 діб. атмосфера на полюсах обертається повільніше, ніжна екваторі. Ця різниця виникає через диференціальне обертання, викликане конвекцією і нерівномірним перенесенням мас з ядра назовні, і пов'язане з перерозподілом кутового моменту. При спостереженні із Землі період обертання, що здається, становить приблизно 28 днів.
Диференціальне обертання впливає структуру магнітного поля і, зокрема, призводить до закручування магнітних силових ліній. Петлі магнітного поля, що проектуються до поверхні Сонця, викликають сонячні плями та протуберанці. За існуючими уявленнями, за генерацію сонячного магнітного поля відповідальний різновид магнітного гідродинамічного динамо, що поєднує взаємодію полоідального та тороїдального полів у внутрішній конвективній зоні Сонця. З механізмом динамо пов'язаний 11-річний цикл сонячної активності та зміна полярності магнітного поля Сонця кожні 11 років.
Фігура Сонця майже сферична, її сплюснутість незначна, лише 9 мільйонів. Це означає, що його полярний радіус менше екваторіального лише на
10 км. Маса Сонця дорівнює 1,99x10 33 г (
330 000 мас Землі), а середня щільність становить 1,41 г/см 3 (майже 4 рази менше щільності Землі). Сонце містить у собі 99,86% маси всієї Сонячної системи. Прискорення сили тяжкості (на екваторі) g=274,0 м/с 2 (27,94gE), друга космічна швидкість Ve = 617,7 км/с (у 55 разів більше, ніж Землі).
Ефективна температура сонячної поверхні (Teff = 5 777 K) відноситься до видимого шару - фотосфері, в той час як температура в центрі ядра
1,57x10 7 K, а температура зовнішньої атмосфери (корони)
5x10 6 K. За таких високих температур гази перебувають у плазмовому стані. Фотосфера, в основному, відповідальна за все випромінювання, що випускається, оскільки газ, що знаходитьсявище фотосфери, занадто холодний і занадто розряджений, щоб випромінювати значну кількість світла. Яскравість Сонця величезна, вона становить 3,85x1033 ерг/с і приблизно відповідає планковому випромінюванню чорного тіла при температурі
Приблизно через 1 млрд років після виходу на Головну послідовність (за оцінками між 3,8 і 2,5 млрд років тому) яскравість Сонця збільшилася приблизно на 30%. Цілком очевидно, що зі зміною світності Сонця безпосередньо пов'язані проблеми кліматичної еволюції планет. Особливо це стосується Землі, температура на поверхні якої, необхідна для збереження рідкої води (і, ймовірно, походження життя), могла бути досягнута лише за рахунок більш високого вмісту парникових газів у атмосфері, щоб компенсувати низьку інсоляцію. Ця проблема зветься «парадоксу молодого Сонця». У наступний період яскравість Сонця (як і його радіус) продовжували повільно зростати. За існуючими оцінками, Сонце стає приблизно на 10% яскравішим за кожні мільярд років. Відповідно, поверхневі температури планет (включаючи температуру Землі) повільно підвищуються. Приблизно через 3,5 млрд років від цього часу яскравість Сонця зросте на 40%, і до цього часу умови на Землі будуть подібні до умов на сьогоднішній Венері.
В даний час кількість енергії, що припадає на одиницю площі поверхні Землі (сонячна постійна, що відноситься до верхньої межі атмосфери), становить 1368 Вт x м 2 або
2 кал x см -2 x хв -1. Це приблизно одна мільярдна частина потужності сонячного випромінювання. Протягом 11-річного сонячного циклу сонячна постійна змінюється незначно, в межах
0,2%, хоча суттєво змінюється спектральний склад випромінювання, перш за все в УФ- тарентгенівські діапазони довжин хвиль. Ці невеликі в енергетичному відношенні діапазони надають вирішальний вплив на стан верхньої атмосфери та навколопланетного космічного простору. Атмосфера та хмари послаблюють сонячне світло майже експоненційно, і кількість енергії, що досягає земної поверхні, майже на 30% менше (
1 000 Вт/м 2 ніж за ясної погоди і коли Сонце знаходиться поблизу зеніту.
До кінця свого життя Сонце перейде у стан червоного гіганта. Водневе паливо в ядрі буде вичерпане, його зовнішні шари сильно розширяться, а ядро стиснеться і нагріється. Водневий синтез продовжиться вздовж оболонки, що оточує гелієве ядро, а сама оболонка постійно розширюватиметься. Утворюватиметься все більша кількість гелію, і температура ядра зростатиме. При досягненні в ядрі температури
100 мільйонів градусів розпочнеться горіння гелію з утворенням вуглецю. Це, ймовірно, заключна фаза активності Сонця, оскільки його маса недостатня для початку пізніших стадій ядерного синтезу за участю важчих елементів азоту та кисню (див. гл. 6). Через порівняно невелику масу життя Сонця не закінчиться вибухом наднової зірки. Натомість відбуватимуться інтенсивні теплові пульсації, які змусять Сонце скинути зовнішні оболонки, і з них утворюється планетарна туманність. У ході подальшої еволюції утворюється дуже гаряче вироджене ядро — білий карлик, позбавлений власних джерел термоядерної енергії, з дуже високою щільністю речовини, яка повільно охолоджуватиметься і, як передбачає теорія, через десятки мільярдів років перетвориться на невидимий чорний карлик.
Читайте докладніше:Маров М. Я.Космос. Від Сонячної системи вглиб Всесвіту. - М.: Фізматліт, 2016.