Как устроено Солнце?

Солнце, подобно луковице, состоит из нескольких сферических слоев. Вещество в них отличается по своим свойствам, а энергия там распространяется посредством разных физических процессов. Первым идет ядро, затем область лучистого переноса энергии, далее конвективная зона и, наконец, атмосфера. В атмосфере также выделяют несколько областей: фотосферу, хромосферу и корону.

Ядро — это центральная область Солнца радиусом около 150 000 км. В этом объеме сосредоточена примерно половина солнечной массы и выделяется практически вся энергия, которая поддерживает свечение Солнца. Материя ядра сильно сжата тяжестью внешних слоев, поэтому само оно очень тяжелое: плотность вещества в ядре в 150 раз больше плотности воды (примерно 150 т/м3).

В центральной части Солнца — температура 15 млн °С и сверхвысокие давления. Здесь протекают термоядерные реакции, в результате которых высвобождается огромное количество энергии и образуются ядра новых химических элементов. Эта энергия представляет собой электромагнитное излучение сверхкоротких длин волн.

Просачивание (перенос) излучения из центра Солнца к поверхности совершается крайне медленно. При этом от слоя к слою гамма-кванты слабеют. Сперва они превращаются в кванты рентгеновских лучей, затем в ультрафиолетовые... То есть частота и энергия излучения по мере продвижения к поверхности светила уменьшаются. Пройдут тысячи лет, прежде чем родившиеся в недрах гамма-кванты выйдут из него фотонами видимого света.

Электромагнитная энергия из ядра поступает в область лучистого переноса энергии (радиационную зону). Эта область достигает длины до 70% радиуса Солнца и представляет собой оболочку из газа очень высокой температуры. Здесь энергия распространяется путем поглощения и излучения веществом квантов. При этом коротковолновое гамма-излучение превращается в рентгеновское с большей длиной волны. Плотность, температура и давление уменьшаются по мере удаления от ядра, и в этом же направлении идет поток энергии. В целом этот процесс крайне медленный. По мере удаления от ядра температура газа понижается.

Конвективная область — это сферическая оболочка, лежащая выше радиационной зоны. Эта область занимает внешние примерно 30 % радиуса Солнца. Плазма конвективной области подвижна, солнечное вещество здесь кипит и перемешивается. Отсюда внутреннее тепло Солнца перетекает по столбам горячего газа к поверхности светила. Там происходит потеря тепла, газ охлаждается и погружается обратно к центру.

Конвективная зона начинается примерно на расстоянии 0,7 радиуса от центра и простирается практически до самой видимой поверхности Солнца (фотосферы), где перенос основного потока энергии вновь становится лучистым. Иными словами, доставленная на поверхность энергия передается дальше в виде излучения.

Вырываясь на поверхность Солнца, столбы горячего газа, несущие тепло к его поверхности, как бы взрыхляют ее, как кроты, роющие свои ходы к поверхности земли. Поэтому поверхность Солнца похожа на рыхлую почву. Ширина таких неровностей достигает тысячи километров, а время «выравнивания» составляет от 8 до 20 мин. При рассмотрении с расстояния поверхность Солнца выглядит как бурлящее море, состоящее из отдельных ячеек горячего газа — гранул.

Как уже отмечалось, солнечная атмосфера включает несколько областей (в направлении к поверхности): фотосферу, хромосферу и корону. Первая наслаивается на конвективную область и имеет толщину около 400 км. Температура в нижней части фотосферы составляет примерно 6500 К, а в верхней — около 4400 К.

Фотосфера — это светящаяся оболочка Солнца. Когда мы смотрим на наше светило, то видим именно фотосферу. Излучение Солнца, которое известно как солнечный свет, представляет собой смесь электромагнитных волн от инфракрасных (ИК) до ультрафиолетовых (УФ) лучей. Оно включает в себя видимый свет, который находится между ИК- и УФ-излучением в электромагнитном спектре.

Слой атмосферы Солнца, который находится над фотосферой, называется хромосферой. Он имеет красноватый оттенок. Во время полного солнечного затмения хромосферу можно увидеть как тонкий красный ободок вокруг закрытого Луной солнечного диска; отдельные яркие выступы над краем — это протуберанцы.

Хромосфера состоит из очень разреженной плазмы и простирается на несколько тысяч километров над фотосферой. По мере подъема температура в ней в целом возрастает от нескольких тысяч до десятков тысяч Кельвинов, а плотность вещества быстро уменьшается.

Самая внешняя часть атмосферы Солнца — солнечная корона. Она обладает огромной протяженностью: простирается на миллионы километров, что соответствует нескольким солнечным радиусам. Корона состоит из разряженных ионизованных газов, температура которых выше, чем в других частях солнечной атмосферы, и составляет миллион градусов. Частицы вещества в солнечной короне движутся с огромными скоростями.

Причина очень высокой температуры солнечной короны до конца не выяснена. Главную роль ученые связывают с магнитными процессами — в частности, с магнитным пересоединением и волнами, переносящими энергию в верхние слои атмосферы.

Корону можно наблюдать во время солнечного затмения. Ее яркость невелика по сравнению с фото- и хромосферой. Самая яркая часть называется внутренней короной. Она находится от поверхности Солнца на высоте более одного солнечного радиуса.

Корона имеет лучистую структуру, то есть обладает слабым свечением. Сила этого свечения приблизительно такая же, как у свечения Луны в полнолуние. Поток заряженных частиц, постоянно истекающий из солнечной короны в межпланетное пространство, называют солнечным ветром.

Солнечный ветер представляет собой почти постоянный поток заряженных частиц, главным образом электронов и протонов, который истекает из солнечной короны в космическое пространство. Его типичная скорость вблизи Земли составляет около 400 км/с, а быстрые потоки из корональных дыр могут достигать примерно 800 км/с. Солнечный ветер заполняет гелиосферу, простирающуюся далеко за орбиты планет. Возмущения солнечного ветра и корональные выбросы массы могут вызывать магнитные бури на Земле.