Что внутри Солнца?

Солнце - раскаленный газовый шар, температура в центре которого столь высока, что там могут происходить ядерные термоядерные реакции слияния ядер атомов водорода в ядра гелия(достигает 15 миллионов градусов). Газ сжат здесь до плотности большей, чем у железа!

Однако световому излучению (это преимущественно гамма-излучение) еще предстоит пройти множество препятствий, прежде чем оно вырвется за пределы непрозрачной поверхности. Первое из них - зона лучистого переноса (расстояния от 1/3 до 2/3 радиуса СОлнца) - область, в которой выделяющаяся в солнечном ядре энергия передается наружу, от слоя к слою, в результате последовательного поглощения и переизлучения электромагнитных волн. Плавно распределяясь по возрастающему объему вещества, энергия (и длина волны) электромагнитных волн постепенно уменьшаются от жесткого рентгеновского излучения на границе с ядром до жесткого ультрафиолета на границе со следующей, конвективной зоной.

Примерно с расстоянии 0,7 радиуса Солнца начинается конвективная зона. В этих слоях непрозрачность вещества становится настолько большой, что возникают конвективные движения: нагретые глубинные слои поднимаются, как менее плотные, а холодные верхние слои опускаются, чтобы получить свою дозу тепла. Аналогичный процесс происходит в кипящей воде. Время подъема конвективной ячейки сравнительно невелико - несколько десятков лет.

Внутреннее строение Солнца

Гелиосейсмология - наука, которая изучает колебания Солнца, его глубинные слои. В шестидесятых годах XX века астрономы обнаружили, что верхний слой солнечной атмосферы раз в пять минут поднимается и опускается. Благодаря этим "солнцетрясениям" астрофизики научились прослушивать Солнце, как врач слушает удары сердца человека. Регистрация скорости колебания солнечной поверхности позволила построить зависимость скорости от глубины, что привело к уточнению внутреннего строения Солнца.

Оказалось, что различные слои Солнца вращаются с разной скоростью. Стало ясно, что внутренние части Солнца вращаются быстрее; особенно быстро вращается ядро. Именно особенности такого вращения могут приводить к возникновению магнитного поля Солнца. Одна из нерешенных пока проблем - причины самих колебаний.


Внутреннее строение Солнца

Термоядерные реакции на Солнце

Что является источником солнечной энергии? Какова природа процессов, в ходе которых производится огромное количество энергии? Сколько времени будет еще светить Солнце?

Первые попытки ответить на эти вопросы были сделаны астрономами в середине ХIX века. Роберт Майер предположил, что Солнце светит за счет постоянной бомбардировки поверхности метеоритами и метеорными частицами. Эта гипотеза была отвергнута, так как простой расчет показывает, что для поддержания светимости Солнца на современном уровне необходимо, чтобы на него каждую секунду выпадало 2.1015 кг метеорного вещества. За год это составит 6.1022 кг, а за время существования Солнца, за 5 миллиардов лет - 3.1032 кг. Масса Солнца Мс = 2.1030 кг, поэтому за пять миллиардов лет на Солнце должно было выпасть вещества в 150 раз больше массы Солнца.

Вторая гипотеза была высказана Гельмгольцем и Кельвином также в середине ХIX века. Они предположили, что Солнце излучает за счет сжатия на 60-70 метров ежегодно. Причина сжатия - взаимное притяжение частиц Солнца. Если сделать расчет по данной гипотезе, то возраст Солнца будет не больше 20 миллионов лет, что противоречит современным данным, полученным из анализа радиоактивного распада элементов в геологических образцах земного грунта и грунта Луны.

Третью гипотезу о возможных источниках энергии Солнца высказал Джеймс Джинс в начале ХХ века. Он предположил, что в недрах Солнца содержатся тяжелые радиоактивные элементы, которые самопроизвольно распадаются, при этом излучается энергия. Например, превращение урана в торий и затем в свинец, сопровождается выделением энергии. Последующий анализ этой гипотезы также показал ее несостоятельность; звезда, состоящая из одного урана, не выделяла бы достаточно энергии для обеспечения наблюдаемой светимости Солнца.

В 1935 году Ханс Бете выдвинул гипотезу, что источником солнечной энергии может быть термоядерная реакция превращения водорода в гелий. Именно за это Бете получил Нобелевскую премию в 1967 году.

Химический состав Солнца примерно такой же, как и у большинства других звезд. Примерно 75 % - это водород, 25 % - гелий и менее 1 % - все другие химические элементы (в основном, углерод, кислород, азот и т.д.). Сразу после рождения Вселенной "тяжелых" элементов не было совсем. Все они, т.е. элементы тяжелее гелия и даже многие альфа-частицы, образовались в ходе "горения" водорода в звездах при термоядерном синтезе. Характерное время жизни звезды типа Солнца десять миллиардов лет.

Каждую секунду Солнце перерабатывает около 600 миллионов тонн водорода. Запасов ядерного топлива хватит еще на пять миллиардов лет, после чего оно постепенно превратится в белый карлик.

Центральные части Солнца будут сжиматься, разогреваясь, а тепло, передаваемое при этом внешней оболочке, приведет к ее расширению до размеров, чудовищных по сравнению с современными: Солнце расширится настолько, что поглотит Меркурий, Венеру и будет тратить "горючее" в сто раз быстрее, чем в настоящее время. Это приведет к увеличению размеров Солнца; наша звезда станет красным гигантом, размеры которого сравнимы с расстоянием от Земли до Солнца! Жизнь на Земле исчезнет или найдет пристанище на внешних планетах.

Переход к новой стадии займет примерно 100-200 миллионов лет. Когда температура центральной части Солнца достигнет 100 000 000 К, начнет сгорать и гелий, превращаясь в тяжелые элементы, и Солнце вступит в стадию сложных циклов сжатия и расширения. На последней стадии наша звезда потеряет внешнюю оболочку, центральное ядро будет иметь невероятно большую плотность и размеры, как у Земли. Пройдет еще несколько миллиардов лет, и Солнце остынет, превратившись в белый карлик.