Τι είναι η ηλιακή ατμόσφαιρα. Η δομή και η ατμόσφαιρα του Ήλιου

>Από τι είναι φτιαγμένος ο Ήλιος;

Βρίσκω, από τι είναι φτιαγμένος ο ήλιος: περιγραφή της δομής και της σύνθεσης του αστεριού, μια λίστα χημικών στοιχείων, ο αριθμός και τα χαρακτηριστικά των στρωμάτων με μια φωτογραφία, ένα διάγραμμα.

Από τη Γη, ο Ήλιος μοιάζει με μια λεία μπάλα φωτιάς και πριν από την ανακάλυψη των ηλιακών κηλίδων από το κωμικό πλοίο Galileo, πολλοί αστρονόμοι νόμιζαν ότι ήταν τέλεια διαμορφωμένος χωρίς ατέλειες. Τώρα το ξέρουμε Ο ήλιος είναι φτιαγμένοςαπό πολλά στρώματα, όπως η Γη, καθένα από τα οποία εκτελεί τη δική του λειτουργία. Αυτή η δομή του Ήλιου, όπως ένας τεράστιος φούρνος, είναι ο προμηθευτής όλης της ενέργειας στη Γη που είναι απαραίτητη για τη γήινη ζωή.

Από ποια στοιχεία αποτελείται ο ήλιος;

Αν μπορούσατε να ξεχωρίσετε ένα αστέρι και να συγκρίνετε τα συστατικά στοιχεία, θα καταλάβατε ότι η σύνθεση είναι 74% υδρογόνο και 24% ήλιο. Επίσης, ο Ήλιος αποτελείται από 1% οξυγόνο και το υπόλοιπο 1% είναι τέτοια χημικά στοιχεία του περιοδικού πίνακα όπως χρώμιο, ασβέστιο, νέον, άνθρακας, μαγνήσιο, θείο, πυρίτιο, νικέλιο, σίδηρος. Οι αστρονόμοι πιστεύουν ότι ένα στοιχείο βαρύτερο από το ήλιο είναι ένα μέταλλο.

Πώς προέκυψαν όλα αυτά τα στοιχεία του Ήλιου; Η Μεγάλη Έκρηξη παρήγαγε υδρογόνο και ήλιο. Στην αρχή του σχηματισμού του Σύμπαντος, το πρώτο στοιχείο, το υδρογόνο, εμφανίστηκε από στοιχειώδη σωματίδια. Λόγω της υψηλής θερμοκρασίας και πίεσης, οι συνθήκες στο Σύμπαν ήταν σαν στον πυρήνα ενός άστρου. Αργότερα, το υδρογόνο συντήχθηκε σε ήλιο για όσο διάστημα υπήρχε υψηλή θερμοκρασία στο σύμπαν για να πραγματοποιηθεί η αντίδραση σύντηξης. Οι υπάρχουσες αναλογίες υδρογόνου και ηλίου, που βρίσκονται τώρα στο Σύμπαν, σχηματίστηκαν μετά τη Μεγάλη Έκρηξη και δεν άλλαξαν.

Τα υπόλοιπα στοιχεία του Ήλιου δημιουργούνται σε άλλα αστέρια. Η σύντηξη του υδρογόνου σε ήλιο γίνεται συνεχώς στους πυρήνες των άστρων. Αφού παράγουν όλο το οξυγόνο στον πυρήνα, μεταπηδούν σε πυρηνική σύντηξη βαρύτερων στοιχείων όπως λίθιο, οξυγόνο, ήλιο. Πολλά από τα βαρέα μέταλλα που βρίσκονται στον Ήλιο σχηματίστηκαν επίσης σε άλλα αστέρια στο τέλος της ζωής τους.

Ο σχηματισμός των βαρύτερων στοιχείων, του χρυσού και του ουρανίου, συνέβη όταν πυροδοτήθηκαν αστέρια πολλαπλάσια του μεγέθους του Ήλιου μας. Σε κλάσματα δευτερολέπτου του σχηματισμού μιας μαύρης τρύπας, τα στοιχεία συγκρούστηκαν με μεγάλη ταχύτητα και σχηματίστηκαν τα βαρύτερα στοιχεία. Η έκρηξη σκόρπισε αυτά τα στοιχεία σε όλο το σύμπαν, όπου βοήθησαν να σχηματιστούν νέα αστέρια.

Ο Ήλιος μας έχει συλλέξει στοιχεία που δημιουργήθηκαν από τη Μεγάλη Έκρηξη, στοιχεία από αστέρια που πεθαίνουν και σωματίδια από νέες εκρήξεις αστεριών.

Ποια είναι τα στρώματα του Ήλιου;

Με την πρώτη ματιά, ο Ήλιος είναι απλώς μια μπάλα ηλίου και υδρογόνου, αλλά μια πιο προσεκτική ματιά αποκαλύπτει ότι αποτελείται από διαφορετικά στρώματα. Όταν κινούμαστε προς τον πυρήνα, η θερμοκρασία και η πίεση αυξάνονται, με αποτέλεσμα να δημιουργηθούν στρώματα, αφού το υδρογόνο και το ήλιο έχουν διαφορετικά χαρακτηριστικά υπό διαφορετικές συνθήκες.

ηλιακός πυρήνας

Ας ξεκινήσουμε την κίνησή μας μέσα από τα στρώματα από τον πυρήνα προς το εξωτερικό στρώμα της σύνθεσης του Ήλιου. Στο εσωτερικό στρώμα του Ήλιου - στον πυρήνα, η θερμοκρασία και η πίεση είναι πολύ υψηλές, συμβάλλοντας στη ροή της πυρηνικής σύντηξης. Ο ήλιος δημιουργεί άτομα ηλίου από το υδρογόνο, ως αποτέλεσμα αυτής της αντίδρασης, σχηματίζεται φως και θερμότητα, που φτάνουν μέχρι. Είναι γενικά αποδεκτό ότι η θερμοκρασία στον Ήλιο είναι περίπου 13.600.000 βαθμοί Kelvin και η πυκνότητα του πυρήνα είναι 150 φορές μεγαλύτερη από την πυκνότητα του νερού.

Οι επιστήμονες και οι αστρονόμοι πιστεύουν ότι ο πυρήνας του Ήλιου φτάνει περίπου το 20% του μήκους της ηλιακής ακτίνας. Και μέσα στον πυρήνα, η υψηλή θερμοκρασία και πίεση βοηθούν στη διάσπαση των ατόμων υδρογόνου σε πρωτόνια, νετρόνια και ηλεκτρόνια. Ο ήλιος τα μετατρέπει σε άτομα ηλίου, παρά την κατάσταση ελεύθερης επίπλευσης.

Μια τέτοια αντίδραση ονομάζεται εξώθερμη. Κατά τη διάρκεια αυτής της αντίδρασης, απελευθερώνεται μεγάλη ποσότητα θερμότητας, ίση με 389 x 10 31 J. ανά δευτερόλεπτο.

Ζώνη ακτινοβολίας του Ήλιου

Αυτή η ζώνη ξεκινά από τα όρια του πυρήνα (20% της ηλιακής ακτίνας) και φτάνει σε μήκος έως και 70% της ηλιακής ακτίνας. Μέσα σε αυτή τη ζώνη βρίσκεται η ηλιακή ύλη, η οποία είναι αρκετά πυκνή και θερμή σε σύσταση, οπότε η θερμική ακτινοβολία διέρχεται από αυτήν χωρίς να χάνει θερμότητα.

Μέσα στον ηλιακό πυρήνα, λαμβάνει χώρα μια αντίδραση πυρηνικής σύντηξης - η δημιουργία ατόμων ηλίου ως αποτέλεσμα της σύντηξης πρωτονίων. Ως αποτέλεσμα αυτής της αντίδρασης, εμφανίζεται μεγάλη ποσότητα ακτινοβολίας γάμμα. Σε αυτή τη διαδικασία, εκπέμπονται φωτόνια ενέργειας, στη συνέχεια απορροφώνται στη ζώνη ακτινοβολίας και εκπέμπονται ξανά από διάφορα σωματίδια.

Η τροχιά ενός φωτονίου ονομάζεται «τυχαίος περίπατος». Αντί να κινείται σε μια ευθεία διαδρομή προς την επιφάνεια του Ήλιου, το φωτόνιο κινείται σε τεθλασμένο μοτίβο. Ως αποτέλεσμα, κάθε φωτόνιο χρειάζεται περίπου 200.000 χρόνια για να ξεπεράσει τη ζώνη ακτινοβολίας του Ήλιου. Όταν περνά από ένα σωματίδιο σε ένα άλλο σωματίδιο, το φωτόνιο χάνει ενέργεια. Για τη Γη, αυτό είναι καλό, γιατί θα μπορούσαμε να λάβουμε μόνο ακτινοβολία γάμμα που προέρχεται από τον Ήλιο. Ένα φωτόνιο που εισέρχεται στο διάστημα χρειάζεται 8 λεπτά για να ταξιδέψει στη Γη.

Ένας μεγάλος αριθμός άστρων έχουν ζώνες ακτινοβολίας και το μέγεθός τους εξαρτάται άμεσα από την κλίμακα του αστεριού. Όσο μικρότερο είναι το αστέρι, τόσο μικρότερες θα είναι οι ζώνες, οι περισσότερες από τις οποίες θα καταλαμβάνονται από τη ζώνη μεταφοράς. Τα μικρότερα αστέρια μπορεί να στερούνται ζώνες ακτινοβολίας και η ζώνη μεταφοράς θα φτάσει την απόσταση μέχρι τον πυρήνα. Για τα μεγαλύτερα αστέρια, η κατάσταση είναι αντίστροφη, η ζώνη ακτινοβολίας εκτείνεται στην επιφάνεια.

συναγωγική ζώνη

Η ζώνη μεταφοράς είναι έξω από τη ζώνη ακτινοβολίας, όπου η εσωτερική θερμότητα του Ήλιου ρέει μέσω στηλών θερμού αερίου.

Σχεδόν όλα τα αστέρια έχουν μια τέτοια ζώνη. Στον Ήλιο μας, εκτείνεται από το 70% της ακτίνας του Ήλιου προς την επιφάνεια (φωτόσφαιρα). Το αέριο στα βάθη του άστρου, στον ίδιο τον πυρήνα, θερμαίνεται και ανεβαίνει στην επιφάνεια, σαν φυσαλίδες κεριού σε μια λάμπα. Όταν φτάσει στην επιφάνεια του άστρου, υπάρχει απώλεια θερμότητας· όταν κρυώσει, το αέριο βυθίζεται πίσω στο κέντρο, για την ανανέωση της θερμικής ενέργειας. Για παράδειγμα, μπορείτε να φέρετε μια κατσαρόλα με βραστό νερό πάνω από μια φωτιά.

Η επιφάνεια του Ήλιου είναι σαν χαλαρό χώμα. Αυτές οι ανωμαλίες είναι οι στήλες του θερμού αερίου που μεταφέρουν θερμότητα στην επιφάνεια του Ήλιου. Το πλάτος τους φτάνει τα 1000 χλμ. και ο χρόνος διάχυσης φτάνει τα 8-20 λεπτά.

Οι αστρονόμοι πιστεύουν ότι τα αστέρια χαμηλής μάζας, όπως οι κόκκινοι νάνοι, έχουν μόνο μια ζώνη μεταφοράς που εκτείνεται μέχρι τον πυρήνα. Δεν έχουν ζώνη ακτινοβολίας, κάτι που δεν μπορεί να ειπωθεί για τον Ήλιο.

Photosphere

Το μόνο στρώμα του Ήλιου ορατό από τη Γη είναι το . Κάτω από αυτό το στρώμα, ο Ήλιος γίνεται αδιαφανής και οι αστρονόμοι χρησιμοποιούν άλλες μεθόδους για να μελετήσουν το εσωτερικό του άστρου μας. Οι επιφανειακές θερμοκρασίες έως και 6000 Kelvin λάμπουν κίτρινο-λευκό ορατό από τη Γη.

Η ατμόσφαιρα του Ήλιου βρίσκεται πίσω από τη φωτόσφαιρα. Αυτό το τμήμα του Ήλιου που είναι ορατό κατά τη διάρκεια μιας ηλιακής έκλειψης ονομάζεται.

Η δομή του Ήλιου στο διάγραμμα

Η NASA έχει αναπτύξει ειδικά για εκπαιδευτικούς σκοπούς μια σχηματική αναπαράσταση της δομής και της σύνθεσης του Ήλιου, υποδεικνύοντας τη θερμοκρασία για κάθε στρώμα:

• (Ορατή, IR και UV ακτινοβολία) είναι η ορατή ακτινοβολία, η υπέρυθρη ακτινοβολία και η υπεριώδης ακτινοβολία. Η ορατή ακτινοβολία είναι το φως που βλέπουμε να προέρχεται από τον ήλιο. Η υπέρυθρη ακτινοβολία είναι η θερμότητα που νιώθουμε. Η υπεριώδης ακτινοβολία είναι η ακτινοβολία που μας δίνει ένα μαύρισμα. Ο ήλιος παράγει αυτές τις ακτινοβολίες ταυτόχρονα.
• (Φωτόσφαιρα 6000 K) - Η φωτόσφαιρα είναι το ανώτερο στρώμα του Ήλιου, η επιφάνειά του. Μια θερμοκρασία 6000 Kelvin είναι ίση με 5700 βαθμούς Κελσίου.
• Ραδιοεκπομπές - Εκτός από την ορατή ακτινοβολία, την υπέρυθρη ακτινοβολία και την υπεριώδη ακτινοβολία, ο Ήλιος εκπέμπει ραδιοεκπομπές, τις οποίες οι αστρονόμοι ανίχνευσαν με ραδιοτηλεσκόπιο. Ανάλογα με τον αριθμό των ηλιακών κηλίδων, αυτή η εκπομπή αυξάνεται και μειώνεται.
• Coronal Hole - Αυτά είναι μέρη στον Ήλιο όπου το στέμμα έχει χαμηλή πυκνότητα πλάσματος, με αποτέλεσμα ένα πιο σκοτεινό και ψυχρότερο στέμμα.
• 2100000 K (2100000 Kelvin) - Η ζώνη ακτινοβολίας του Ήλιου έχει αυτή τη θερμοκρασία.
• Συναγωγική ζώνη/Τυρβώδης συναγωγή (μεταβ. Συναγόμενη ζώνη/Τυρβώδης συναγωγή) - Είναι σημεία στον Ήλιο όπου η θερμική ενέργεια του πυρήνα μεταφέρεται με συναγωγή. Οι στήλες πλάσματος φτάνουν στην επιφάνεια, εκπέμπουν τη θερμότητά τους και ορμούν προς τα κάτω ξανά για να ζεσταθούν ξανά.
• Στεφανιαίοι βρόχοι (μεταφρ. Coronal loops) - βρόχοι που αποτελούνται από πλάσμα στην ατμόσφαιρα του Ήλιου, που κινούνται κατά μήκος μαγνητικών γραμμών. Μοιάζουν με τεράστιες καμάρες που εκτείνονται από την επιφάνεια για δεκάδες χιλιάδες χιλιόμετρα.
• Πυρήνας (per. Core) είναι η ηλιακή καρδιά, στην οποία λαμβάνει χώρα η πυρηνική σύντηξη, χρησιμοποιώντας υψηλή θερμοκρασία και πίεση. Όλη η ηλιακή ενέργεια προέρχεται από τον πυρήνα.
• 14.500.000 K (ανά 14.500.000 Kelvin) - Η θερμοκρασία του ηλιακού πυρήνα.
• Radiative Zone (trans. Radiation zone) - Το στρώμα του Ήλιου όπου η ενέργεια μεταφέρεται χρησιμοποιώντας ακτινοβολία. Το φωτόνιο ξεπερνά τη ζώνη ακτινοβολίας πέρα ​​από τις 200.000 και πηγαίνει στο διάστημα.
• Τα νετρίνα (μετ. Νετρίνο) είναι σωματίδια αμελητέας μάζας που προέρχονται από τον Ήλιο ως αποτέλεσμα μιας αντίδρασης πυρηνικής σύντηξης. Εκατοντάδες χιλιάδες νετρίνα περνούν από το ανθρώπινο σώμα κάθε δευτερόλεπτο, αλλά δεν μας κάνουν κακό, δεν τα νιώθουμε.
• Chromospheric Flare (μτφρ. Chromospheric Flare) - Το μαγνητικό πεδίο του άστρου μας μπορεί να συστραφεί, και στη συνέχεια να σπάσει απότομα σε διάφορες μορφές. Ως αποτέλεσμα σπασίματος στα μαγνητικά πεδία, εμφανίζονται ισχυρές εκλάμψεις ακτίνων Χ, που προέρχονται από την επιφάνεια του Ήλιου.
• Βρόχος Μαγνητικού Πεδίου - Το μαγνητικό πεδίο του Ήλιου βρίσκεται πάνω από τη φωτόσφαιρα και είναι ορατό καθώς το καυτό πλάσμα κινείται κατά μήκος των μαγνητικών γραμμών στην ατμόσφαιρα του Ήλιου.
• Κηλίδα - Μια ηλιακή κηλίδα (μετ. Ηλιακές κηλίδες) - Αυτά είναι μέρη στην επιφάνεια του Ήλιου όπου μαγνητικά πεδία διέρχονται από την επιφάνεια του Ήλιου και η θερμοκρασία είναι χαμηλότερη, συχνά σε βρόχο.
• Ενεργειακά σωματίδια (μετβ. Ενεργειακά σωματίδια) - Προέρχονται από την επιφάνεια του Ήλιου, με αποτέλεσμα να δημιουργείται ο ηλιακός άνεμος. Στις ηλιακές καταιγίδες, η ταχύτητά τους φτάνει την ταχύτητα του φωτός.
• Ακτίνες Χ (μεταφρ. ακτίνες Χ) - ακτίνες αόρατες στο ανθρώπινο μάτι, που σχηματίζονται κατά τις εκλάμψεις στον Ήλιο.
• Φωτεινές κηλίδες και βραχύβιες μαγνητικές περιοχές (μετ. Φωτεινές κηλίδες και βραχύβιες μαγνητικές περιοχές) - Λόγω διαφορών θερμοκρασίας, εμφανίζονται φωτεινά και αμυδρά σημεία στην επιφάνεια του Ήλιου.

Για να εξοικειωθούμε με την εσωτερική δομή του Ήλιου, ας κάνουμε τώρα ένα φανταστικό ταξίδι από το κέντρο του άστρου στην επιφάνειά του. Πώς όμως θα προσδιορίσουμε τη θερμοκρασία και την πυκνότητα της ηλιακής σφαίρας σε διαφορετικά βάθη; Πώς μπορούμε να μάθουμε ποιες διεργασίες συμβαίνουν μέσα στον Ήλιο;

Αποδεικνύεται ότι οι περισσότερες από τις φυσικές παραμέτρους των αστεριών (ο Ήλιος μας είναι επίσης αστέρι!) δεν μετρώνται, αλλά υπολογίζονται θεωρητικά χρησιμοποιώντας υπολογιστές. Μόνο ορισμένα γενικά χαρακτηριστικά ενός αστεριού χρησιμεύουν ως αφετηρία για τέτοιους υπολογισμούς, για παράδειγμα, η μάζα, η ακτίνα του, καθώς και οι φυσικές συνθήκες που επικρατούν στην επιφάνειά του: θερμοκρασία, έκταση και πυκνότητα της ατμόσφαιρας και τα παρόμοια. Η χημική σύσταση ενός άστρου (ιδίως του Ήλιου) καθορίζεται από τη φασματική διαδρομή. Και με βάση αυτά τα δεδομένα, ένας θεωρητικός αστροφυσικός θα δημιουργήσει ένα μαθηματικό μοντέλο του Ήλιου. Εάν ένα τέτοιο μοντέλο αντιστοιχεί στα αποτελέσματα των παρατηρήσεων, τότε μπορεί να θεωρηθεί μια αρκετά καλή προσέγγιση στην πραγματικότητα. Και εμείς, βασιζόμενοι σε ένα τέτοιο μοντέλο, θα προσπαθήσουμε να φανταστούμε όλα τα εξωτικά βάθη του μεγάλου φωτιστικού.

Το κεντρικό τμήμα του Ήλιου ονομάζεται πυρήνας του. Η ύλη μέσα στον ηλιακό πυρήνα είναι εξαιρετικά συμπιεσμένη. Η ακτίνα του είναι περίπου το 1/4 της ακτίνας του Ήλιου και ο όγκος του είναι το 1/45 (λίγο πάνω από το 2%) του συνολικού όγκου του Ήλιου. Ωστόσο, σχεδόν το ήμισυ της ηλιακής μάζας είναι συσκευασμένο στον πυρήνα του άστρου. Αυτό κατέστη δυνατό λόγω του πολύ υψηλού βαθμού ιονισμού της ηλιακής ύλης. Οι συνθήκες εκεί είναι ακριβώς αυτές που χρειάζονται για τη λειτουργία ενός θερμοπυρηνικού αντιδραστήρα Ο Πυρήνας είναι ένας γιγαντιαίος ελεγχόμενος σταθμός παραγωγής ενέργειας όπου γεννιέται η ηλιακή ενέργεια.

Έχοντας μετακινηθεί από το κέντρο του Ήλιου κατά το 1/4 περίπου της ακτίνας του, μπαίνουμε στη λεγόμενη ζώνη μεταφοράς ενέργειας ακτινοβολίας. Αυτή η πιο εκτεταμένη εσωτερική περιοχή του Ήλιου μπορεί να φανταστεί κανείς σαν τα τοιχώματα ενός πυρηνικού λέβητα, μέσω του οποίου η ηλιακή ενέργεια διαρρέει αργά. Αλλά όσο πιο κοντά στην επιφάνεια του Ήλιου, τόσο χαμηλότερη είναι η θερμοκρασία και η πίεση. Ως αποτέλεσμα, η ανάμιξη της ουσίας με δίνη και η μεταφορά ενέργειας γίνεται κυρίως από την ίδια την ουσία. Αυτή η μέθοδος μεταφοράς ενέργειας ονομάζεται συναγωγή και το υποεπιφανειακό στρώμα του Ήλιου, όπου εμφανίζεται, ονομάζεται συναγωγή ζώνη. Οι ερευνητές της ηλιακής ενέργειας πιστεύουν ότι ο ρόλος της στη φυσική των ηλιακών διεργασιών είναι εξαιρετικά μεγάλος. Άλλωστε, εδώ ξεκινούν διάφορες κινήσεις της ηλιακής ουσίας και των μαγνητικών πεδίων.

Τελικά βρισκόμαστε στην ορατή επιφάνεια του Ήλιου. Δεδομένου ότι ο Ήλιος μας είναι ένα αστέρι, μια καυτή μπάλα πλάσματος, σε αντίθεση με τη Γη, τη Σελήνη, τον Άρη και παρόμοιους πλανήτες, δεν μπορεί να έχει πραγματική επιφάνεια, κατανοητή με την πλήρη έννοια της λέξης. Και αν μιλάμε για την επιφάνεια του Ήλιου, τότε αυτή η έννοια είναι υπό όρους.

Η ορατή φωτεινή επιφάνεια του Ήλιου, που βρίσκεται ακριβώς πάνω από τη ζώνη μεταφοράς, ονομάζεται φωτόσφαιρα, που στα ελληνικά σημαίνει «σφαίρα φωτός».

Η φωτόσφαιρα είναι ένα στρώμα 300 km. Από εδώ προέρχονται οι ακτίνες του ήλιου. Και όταν κοιτάμε τον Ήλιο από τη Γη, η φωτόσφαιρα είναι απλώς το στρώμα που διαπερνά την όρασή μας. Η ακτινοβολία από τα βαθύτερα στρώματα δεν φτάνει πλέον σε εμάς και είναι αδύνατο να τα δούμε.

Η θερμοκρασία στη φωτόσφαιρα αυξάνεται με το βάθος και υπολογίζεται κατά μέσο όρο στους 5800 Κ.

Το κύριο μέρος της οπτικής (ορατής) ακτινοβολίας του Ήλιου προέρχεται από τη φωτόσφαιρα. Εδώ, η μέση πυκνότητα του αερίου είναι μικρότερη από το 1/1000 της πυκνότητας του αέρα που αναπνέουμε και η θερμοκρασία μειώνεται στους 4800 Κ καθώς πλησιάζουμε στο εξωτερικό άκρο της φωτόσφαιρας. Το υδρογόνο υπό τέτοιες συνθήκες παραμένει σχεδόν εντελώς σε ουδέτερο κατάσταση.

Οι αστροφυσικοί παίρνουν τη βάση της φωτόσφαιρας για την επιφάνεια του μεγάλου φωτιστικού. Θεωρούν ότι η ίδια η φωτόσφαιρα είναι το χαμηλότερο (εσωτερικό) στρώμα της ηλιακής ατμόσφαιρας. Πάνω από αυτό υπάρχουν δύο ακόμη στρώματα που σχηματίζουν τα εξωτερικά στρώματα της ηλιακής ατμόσφαιρας, τη χρωμόσφαιρα και το στέμμα. Και παρόλο που δεν υπάρχουν αιχμηρά όρια μεταξύ αυτών των τριών στρωμάτων, ας γνωρίσουμε τα κύρια διακριτικά τους χαρακτηριστικά.

Το κίτρινο-λευκό φως της φωτόσφαιρας έχει συνεχές φάσμα, δηλαδή μοιάζει με συνεχή λωρίδα ουράνιου τόξου με σταδιακή μετάβαση των χρωμάτων από το κόκκινο στο μωβ. Αλλά στα κατώτερα στρώματα της αραιωμένης χρωμόσφαιρας, στην περιοχή του λεγόμενου ελάχιστου θερμοκρασίας, όπου η θερμοκρασία πέφτει στους 4200 K, το ηλιακό φως υφίσταται απορρόφηση, λόγω της οποίας σχηματίζονται στενές γραμμές απορρόφησης στο φάσμα του Ήλιου. Ονομάζονται γραμμές Fraunhofer, από τον Γερμανό οπτικό Josef Frau και Gopher, ο οποίος μέτρησε προσεκτικά τα μήκη κύματος των 754 γραμμών το 1816.

Μέχρι σήμερα, περισσότερες από 26.000 σκοτεινές γραμμές ποικίλης έντασης έχουν καταγραφεί στο φάσμα του Ήλιου, που προκύπτουν από την απορρόφηση φωτός από «ψυχρά» άτομα. Και δεδομένου ότι κάθε χημικό στοιχείο έχει το δικό του χαρακτηριστικό σύνολο γραμμών απορρόφησης, αυτό καθιστά δυνατό τον προσδιορισμό της παρουσίας του στα εξωτερικά στρώματα της ηλιακής ατμόσφαιρας.

Η χημική σύνθεση της ατμόσφαιρας του Ήλιου είναι παρόμοια με αυτή των περισσότερων άστρων που σχηματίστηκαν τα τελευταία δισεκατομμύρια χρόνια (ονομάζονται αστέρια δεύτερης γενιάς). Σε σύγκριση με τα παλιά ουράνια σώματα (άστρα της πρώτης γενιάς), περιέχουν δέκα φορές περισσότερα βαριά στοιχεία, δηλαδή στοιχεία βαρύτερα από το ήλιο. Οι αστροφυσικοί πιστεύουν ότι τα βαριά στοιχεία εμφανίστηκαν για πρώτη φορά ως αποτέλεσμα πυρηνικών αντιδράσεων που συμβαίνουν κατά τη διάρκεια των εκρήξεων των αστεριών, και πιθανώς ακόμη και κατά τις εκρήξεις των γαλαξιών. Κατά τη διάρκεια του σχηματισμού του Ήλιου, το διαστρικό μέσο ήταν ήδη αρκετά καλά εμπλουτισμένο σε βαριά στοιχεία (ο ίδιος ο Ήλιος δεν παράγει ακόμη στοιχεία βαρύτερα από το ήλιο). Αλλά η Γη μας και άλλοι πλανήτες προφανώς συμπυκνώθηκαν από το ίδιο νέφος αερίου και σκόνης με τον Ήλιο. Επομένως, είναι πιθανό, ενώ μελετάμε τη χημική σύσταση του φωτός της ημέρας μας, να μελετάμε και τη σύνθεση της πρωτογενούς πρωτοπλανητικής ύλης.

Δεδομένου ότι η θερμοκρασία στην ηλιακή ατμόσφαιρα ποικίλλει ανάλογα με το υψόμετρο, οι γραμμές απορρόφησης σε διαφορετικά επίπεδα παράγονται από άτομα διαφορετικών χημικών στοιχείων. Αυτό σας επιτρέπει να μελετήσετε τα διάφορα ατμοσφαιρικά στρώματα του μεγάλου άστρου και να προσδιορίσετε το μήκος τους.

Πάνω από τη φωτόσφαιρα υπάρχει μια πιο σπάνια συλλαβή! ατμόσφαιρα του Ήλιου, που ονομάζεται χρωμόσφαιρα, που σημαίνει «έγχρωμη σφαίρα». Η φωτεινότητά του είναι πολλές φορές μικρότερη από τη φωτεινότητα της φωτόσφαιρας, επομένως η χρωμόσφαιρα είναι ορατή μόνο σε λίγα λεπτά ολικών ηλιακών εκλείψεων, σαν ένα ροζ δακτύλιο γύρω από τον σκοτεινό δίσκο της Σελήνης. Το κοκκινωπό χρώμα της χρωμόσφαιρας οφείλεται στην ακτινοβολία υδρογόνου. Αυτό το αέριο έχει την πιο έντονη φασματική γραμμή, το Ha, στην κόκκινη περιοχή του φάσματος, και υπάρχει μια ιδιαίτερα μεγάλη ποσότητα υδρογόνου στη χρωμόσφαιρα.

Τα φάσματα που λαμβάνονται κατά τη διάρκεια των ηλιακών εκλείψεων δείχνουν ότι η κόκκινη γραμμή του υδρογόνου εξαφανίζεται σε υψόμετρο περίπου 12.000 km πάνω από τη φωτόσφαιρα, ενώ οι ιονισμένοι ασβεστόλιθοι παύουν να είναι ορατοί σε υψόμετρο 14.000 km. Αυτό το ύψος θεωρείται ως το ανώτερο όριο της χρωμόσφαιρας. Καθώς η θερμοκρασία αυξάνεται, η θερμοκρασία ανεβαίνει, φτάνοντας τα 50.000 K στα ανώτερα στρώματα της χρωμόσφαιρας. Καθώς η θερμοκρασία αυξάνεται, ο ιονισμός του υδρογόνου και στη συνέχεια του ηλίου εντείνεται.

Η αύξηση της θερμοκρασίας στη χρωμόσφαιρα είναι αρκετά κατανοητή. Όπως είναι γνωστό, η πυκνότητα της ηλιακής ατμόσφαιρας μειώνεται γρήγορα με το ύψος, και ένα σπάνιο μέσο εκπέμπει λιγότερη ενέργεια από ένα πυκνό. Επομένως, η ενέργεια που προέρχεται από τον Ήλιο θερμαίνει την ανώτερη χρωμόσφαιρα και το στέμμα που βρίσκεται από πάνω της.

Προς το παρόν, οι ηλιοφυσικοί που χρησιμοποιούν ειδικά όργανα παρατηρούν τη χρωμόσφαιρα όχι μόνο κατά τη διάρκεια των ηλιακών εκλείψεων, αλλά και σε οποιαδήποτε καθαρή ημέρα. Κατά τη διάρκεια των ολικών εκλείψεων ηλίου, μπορείτε να δείτε το εξώτατο κέλυφος της ηλιακής ατμόσφαιρας - το στέμμα - μια λεπτή μαργαριταρένια ασημί λάμψη που εκτείνεται γύρω από τον έκλειψη Ήλιο. Η συνολική φωτεινότητα της κορώνας είναι περίπου το ένα εκατομμυριοστό του φωτός του Ήλιου, ή το μισό του φωτός της πανσελήνου.

Το ηλιακό στέμμα είναι ένα εξαιρετικά σπάνιο πλάσμα με θερμοκρασία κοντά στα 2 εκατομμύρια Κ. Η πυκνότητα της στεφανιαίας ύλης είναι εκατοντάδες δισεκατομμύρια φορές μικρότερη από την πυκνότητα του αέρα κοντά στην επιφάνεια της Γης. Κάτω από τέτοιες συνθήκες, τα άτομα των χημικών στοιχείων δεν μπορούν να βρίσκονται σε ουδέτερη κατάσταση: η ταχύτητά τους είναι τόσο υψηλή που σε αμοιβαίες συγκρούσεις χάνουν σχεδόν όλα τα ηλεκτρόνια τους και ιονίζονται επανειλημμένα. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο το ηλιακό στέμμα αποτελείται κυρίως από πρωτόνια (πυρήνες ατόμων υδρογόνου), πυρήνες ηλίου και ελεύθερα ηλεκτρόνια.

Η εξαιρετικά υψηλή θερμοκρασία του κορώνα οδηγεί στο γεγονός ότι η ουσία του γίνεται ισχυρή πηγή υπεριώδους ακτινοβολίας και ακτινοβολίας ακτίνων Χ. Για παρατηρήσεις σε αυτές τις περιοχές του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος, όπως είναι γνωστό, χρησιμοποιούνται ειδικά τηλεσκόπια υπεριώδους και ακτίνων Χ εγκατεστημένα σε διαστημόπλοια και σε τροχιά επιστημονικούς σταθμούς.

Με τη βοήθεια ραδιομεθόδων (το ηλιακό στέμμα εκπέμπει έντονα δεκατόμετρα και μετρικά ραδιοκύματα), οι στεφανιαίες ακτίνες «βλέπονται» μέχρι αποστάσεις 30 ηλιακών ακτίνων από την άκρη του ηλιακού δίσκου. Με την απόσταση από τον Ήλιο, η πυκνότητα του στέμματος μειώνεται πολύ αργά και το ανώτερο στρώμα του ρέει προς το διάστημα. Έτσι σχηματίζεται ο ηλιακός άνεμος.

Μόνο λόγω της εξάτμισης των σωματιδίων, η μάζα του Ήλιου μειώνεται κάθε δευτερόλεπτο κατά τουλάχιστον 400 χιλιάδες τόνους.

Ο ηλιακός άνεμος πνέει σε ολόκληρο τον χώρο του πλανητικού μας συστήματος. Μέχρι αυτή τη στιγμή, η αρχική ταχύτητα φθάνει πάνω από 1000 km/s, αλλά στη συνέχεια μειώνεται αργά. Κοντά στην τροχιά της Γης, η μέση ταχύτητα του ανέμου είναι περίπου 400 km/s. Το Om σαρώνει στο δρόμο του όλα τα αέρια που εκπέμπονται από πλανήτες και κομήτες, τα μικρότερα σωματίδια σκόνης μετεωριτών ακόμα και σωματίδια γαλαξιακών κοσμικών ακτίνων χαμηλών ενεργειών, μεταφέροντας όλα αυτά τα «σκουπίδια» στα περίχωρα του πλανητικού συστήματος. Μεταφορικά μιλώντας, φαίνεται να λουζόμαστε στο στεφάνι του μεγάλου φωτιστή...

Το αέριο περίβλημα που περιβάλλει τον πλανήτη μας Γη, γνωστό ως ατμόσφαιρα, αποτελείται από πέντε κύρια στρώματα. Αυτά τα στρώματα προέρχονται από την επιφάνεια του πλανήτη, από το επίπεδο της θάλασσας (μερικές φορές κάτω) και ανεβαίνουν στο διάστημα με την ακόλουθη σειρά:

• Τροποσφαίρα;
• Στρατόσφαιρα;
• Μεσόσφαιρα;
• Θερμόσφαιρα;
• Εξώσφαιρα.

Διάγραμμα των κύριων στρωμάτων της ατμόσφαιρας της Γης

Ανάμεσα σε καθένα από αυτά τα κύρια πέντε στρώματα υπάρχουν μεταβατικές ζώνες που ονομάζονται «παύσεις» όπου συμβαίνουν αλλαγές στη θερμοκρασία, τη σύνθεση και την πυκνότητα του αέρα. Μαζί με τις παύσεις, η ατμόσφαιρα της Γης περιλαμβάνει συνολικά 9 στρώματα.

Τροπόσφαιρα: όπου συμβαίνει ο καιρός

Από όλα τα στρώματα της ατμόσφαιρας, η τροπόσφαιρα είναι αυτή με την οποία είμαστε πιο εξοικειωμένοι (είτε το καταλαβαίνετε είτε όχι), αφού ζούμε στον πυθμένα της - την επιφάνεια του πλανήτη. Τυλίγει την επιφάνεια της Γης και εκτείνεται προς τα πάνω για αρκετά χιλιόμετρα. Η λέξη τροπόσφαιρα σημαίνει «αλλαγή της μπάλας». Ένα πολύ ταιριαστό όνομα, καθώς αυτό το στρώμα είναι το μέρος όπου συμβαίνει ο καθημερινός μας καιρός.

Ξεκινώντας από την επιφάνεια του πλανήτη, η τροπόσφαιρα ανεβαίνει σε ύψος 6 έως 20 km. Το κάτω τρίτο του στρώματος που βρίσκεται πιο κοντά μας περιέχει το 50% όλων των ατμοσφαιρικών αερίων. Είναι το μόνο μέρος της όλης σύνθεσης της ατμόσφαιρας που αναπνέει. Λόγω του γεγονότος ότι ο αέρας θερμαίνεται από κάτω από την επιφάνεια της γης, η οποία απορροφά τη θερμική ενέργεια του Ήλιου, η θερμοκρασία και η πίεση της τροπόσφαιρας μειώνονται με την αύξηση του υψομέτρου.

Στην κορυφή υπάρχει ένα λεπτό στρώμα που ονομάζεται τροπόπαυση, το οποίο είναι απλώς ένα ρυθμιστικό μεταξύ της τροπόσφαιρας και της στρατόσφαιρας.

Στρατόσφαιρα: το σπίτι του όζοντος

Η στρατόσφαιρα είναι το επόμενο στρώμα της ατμόσφαιρας. Εκτείνεται από 6-20 km έως 50 km πάνω από την επιφάνεια της γης. Αυτό είναι το επίπεδο στο οποίο πετούν τα περισσότερα εμπορικά αεροσκάφη και ταξιδεύουν τα μπαλόνια.

Εδώ, ο αέρας δεν ρέει πάνω-κάτω, αλλά κινείται παράλληλα με την επιφάνεια σε πολύ γρήγορα ρεύματα αέρα. Οι θερμοκρασίες αυξάνονται καθώς ανεβαίνετε, χάρη στην αφθονία όζοντος (Ο3), ένα υποπροϊόν της ηλιακής ακτινοβολίας και οξυγόνου, το οποίο έχει την ικανότητα να απορροφά τις βλαβερές υπεριώδεις ακτίνες του ήλιου (οποιαδήποτε αύξηση της θερμοκρασίας με το υψόμετρο είναι γνωστή στο η μετεωρολογία ως «αναστροφή»).

Επειδή η στρατόσφαιρα έχει θερμότερες θερμοκρασίες στο κάτω μέρος και χαμηλότερες στην κορυφή, η μεταφορά (κάθετες κινήσεις των μαζών αέρα) είναι σπάνια σε αυτό το μέρος της ατμόσφαιρας. Στην πραγματικότητα, μπορείτε να δείτε μια καταιγίδα που μαίνεται στην τροπόσφαιρα από τη στρατόσφαιρα, επειδή το στρώμα λειτουργεί ως "καπάκι" για τη μεταφορά, μέσω του οποίου τα σύννεφα καταιγίδας δεν διεισδύουν.

Η στρατόσφαιρα ακολουθείται και πάλι από ένα ρυθμιστικό στρώμα, αυτή τη φορά που ονομάζεται στρατόπαυση.

Μεσόσφαιρα: μέση ατμόσφαιρα

Η μεσόσφαιρα βρίσκεται περίπου 50-80 km από την επιφάνεια της Γης. Η ανώτερη μεσόσφαιρα είναι το πιο κρύο φυσικό μέρος στη Γη, όπου η θερμοκρασία μπορεί να πέσει κάτω από τους -143°C.

Θερμόσφαιρα: ανώτερη ατμόσφαιρα

Τη μεσόσφαιρα και τη μεσόπαυση ακολουθεί η θερμόσφαιρα, που βρίσκεται μεταξύ 80 και 700 km πάνω από την επιφάνεια του πλανήτη και περιέχει λιγότερο από το 0,01% του συνολικού αέρα στο ατμοσφαιρικό περίβλημα. Οι θερμοκρασίες εδώ φτάνουν έως και τους +2000° C, αλλά λόγω της έντονης αραίωσης του αέρα και της έλλειψης μορίων αερίου για τη μεταφορά θερμότητας, αυτές οι υψηλές θερμοκρασίες γίνονται αντιληπτές ως πολύ κρύες.

Εξώσφαιρα: το όριο της ατμόσφαιρας και του χώρου

Σε υψόμετρο περίπου 700-10.000 km πάνω από την επιφάνεια της γης βρίσκεται η εξώσφαιρα - το εξωτερικό άκρο της ατμόσφαιρας, που συνορεύει με το διάστημα. Εδώ οι μετεωρολογικοί δορυφόροι περιστρέφονται γύρω από τη Γη.

Τι θα λέγατε για την ιονόσφαιρα;

Η ιονόσφαιρα δεν είναι ένα ξεχωριστό στρώμα και στην πραγματικότητα αυτός ο όρος χρησιμοποιείται για να αναφέρεται στην ατμόσφαιρα σε υψόμετρο 60 έως 1000 km. Περιλαμβάνει τα ανώτατα μέρη της μεσόσφαιρας, ολόκληρη τη θερμόσφαιρα και μέρος της εξώσφαιρας. Η ιονόσφαιρα πήρε το όνομά της επειδή σε αυτό το μέρος της ατμόσφαιρας, η ακτινοβολία του Ήλιου ιονίζεται όταν περνά τα μαγνητικά πεδία της Γης στο και . Αυτό το φαινόμενο παρατηρείται από τη γη ως το βόρειο σέλας.

Η φασματική ανάλυση των ακτίνων του ήλιου έδειξε ότι πάνω από όλα στο άστρο μας είναι υδρογόνο (73% της μάζας του άστρου) και ήλιο (25%). Τα υπόλοιπα στοιχεία (σίδηρος, οξυγόνο, νικέλιο, άζωτο, πυρίτιο, θείο, άνθρακας, μαγνήσιο, νέο, χρώμιο, ασβέστιο, νάτριο) αντιπροσωπεύουν μόνο το 2%. Όλες οι ουσίες που βρίσκονται στον Ήλιο υπάρχουν τόσο στη Γη όσο και σε άλλους πλανήτες, γεγονός που υποδηλώνει την κοινή τους προέλευση. Η μέση πυκνότητα της ύλης του Ήλιου είναι 1,4 g/cm3.

Πώς μελετάται ο ήλιος

Ο ήλιος είναι ένα "" με πολλά στρώματα που έχουν διαφορετική σύσταση και πυκνότητα, σε αυτά λαμβάνουν χώρα διαφορετικές διεργασίες. Είναι αδύνατο να παρατηρήσουμε ένα αστέρι στο φάσμα που είναι γνωστό στο ανθρώπινο μάτι, ωστόσο, έχουν δημιουργηθεί τηλεσκόπια, ραδιοτηλεσκόπια και άλλα όργανα που ανιχνεύουν την υπεριώδη, την υπέρυθρη και την ακτινοβολία ακτίνων Χ του Ήλιου. Από τη Γη, η πιο αποτελεσματική παρατήρηση είναι κατά τη διάρκεια μιας ηλιακής έκλειψης. Κατά τη διάρκεια αυτής της σύντομης περιόδου, αστρονόμοι σε όλο τον κόσμο μελετούν το στέμμα, τις προεξοχές, τη χρωμόσφαιρα και διάφορα φαινόμενα που συμβαίνουν στο μοναδικό αστέρι που είναι διαθέσιμο για τόσο λεπτομερή μελέτη.

Δομή του Ήλιου

Το στέμμα είναι το εξωτερικό κέλυφος του Ήλιου. Έχει πολύ χαμηλή πυκνότητα, λόγω αυτού είναι ορατό μόνο κατά τη διάρκεια μιας έκλειψης. Το πάχος της εξωτερικής ατμόσφαιρας είναι ανομοιόμορφο, έτσι από καιρό σε καιρό εμφανίζονται τρύπες σε αυτήν. Μέσα από αυτές τις τρύπες, ο ηλιακός άνεμος ορμάει στο διάστημα με ταχύτητα 300-1200 m / s - μια ισχυρή ροή ενέργειας, η οποία στη γη προκαλεί βόρεια φώτα και μαγνητικές καταιγίδες.

Η χρωμόσφαιρα είναι ένα στρώμα αερίων με πάχος 16 χιλιάδων km. Υπάρχει μια μεταφορά θερμών αερίων σε αυτό, τα οποία, από την επιφάνεια του κατώτερου στρώματος (φωτόσφαιρα), πέφτουν και πάλι πίσω. Είναι αυτοί που «καίουν» το στέμμα και σχηματίζουν ηλιακά ρεύματα ανέμου μήκους έως και 150 χιλιάδων χιλιομέτρων.

Η φωτόσφαιρα είναι ένα πυκνό, αδιαφανές στρώμα πάχους 500–1.500 km, στο οποίο εμφανίζονται οι ισχυρότερες πυρκαγιές με διάμετρο έως 1.000 km. Η θερμοκρασία των αερίων της φωτόσφαιρας είναι 6.000 °C. Απορροφούν ενέργεια από το υποκείμενο στρώμα και την απελευθερώνουν με τη μορφή θερμότητας και φωτός. Η δομή της φωτόσφαιρας μοιάζει με κόκκους. Τα σπασίματα στο στρώμα γίνονται αντιληπτά ως κηλίδες στον Ήλιο.

Η ζώνη μεταφοράς με πάχος 125-200 χιλιομέτρων είναι το ηλιακό κέλυφος, στο οποίο τα αέρια ανταλλάσσουν συνεχώς ενέργεια με τη ζώνη ακτινοβολίας, θερμαίνονται, ανεβαίνουν στη φωτόσφαιρα και, κρυώνοντας, κατεβαίνουν ξανά για ένα νέο μέρος ενέργειας.

Η ζώνη ακτινοβολίας έχει πάχος 500 χιλιομέτρων και πολύ υψηλή πυκνότητα. Εδώ, η ύλη βομβαρδίζεται με ακτίνες γάμμα, οι οποίες μετατρέπονται σε λιγότερο ραδιενεργές υπεριώδεις (UV) και ακτίνες Χ (Χ).

Ο φλοιός, ή ο πυρήνας, είναι ο ηλιακός «λέβητας», όπου συμβαίνουν συνεχώς θερμοπυρηνικές αντιδράσεις πρωτονίου-πρωτονίου, χάρη στις οποίες το αστέρι λαμβάνει ενέργεια. Τα άτομα υδρογόνου μετατρέπονται σε ήλιο σε θερμοκρασία 14 x 10 °C. Εδώ, η τιτανική πίεση είναι ένα τρισεκατομμύριο κιλά ανά κυβικό εκ. Κάθε δευτερόλεπτο, 4,26 εκατομμύρια τόνοι υδρογόνου μετατρέπονται εδώ σε ήλιο.