Атмосфера Солнца: фотосфера и хромосфера
Сколько ехать на машине от Екатеринбурга до Казани
Если вы планируете поездку из Екатеринбурга в Казань на автомобиле, то вам придется преодолеть расстояние в 945 километров. Конечно, время на дорогу будет зависеть от многих факторов, например, от условий дороги, скорости движения, числа остановок на отдых и т.д. В среднем, для преодоления такого расстояния на машине потребуется около 12 часов. Однако, если вы хотите сэкономить время, можно воспользоваться услугами авиакомпаний, которые выполняют рейсы из Екатеринбурга в Казань. В этом случае, вы сможете добраться до Казани всего за пару часов и избежать длительной дороги на автомобиле. Все зависит от ваших потребностей и возможностей.
Как добраться до Солнца
Можно ли добраться на ракете до горячей звезды? В принципе, долететь до Солнца для современного человека – не проблема.
Суть состоит в том, что после взлёта с Земли, аппарат должен замедлить свою скорость настолько, чтобы она стала меньше скорости движущейся по орбите Земли.
Сойдя с орбиты, аппарат начнёт притягиваться Солнцем, и по спирали падать на его поверхность. Стоит лишь помнить, что это путешествие – в один конец. Аппарат просто-напросто сгорит ещё на подлёте к Солнцу.
Но, если представить, что этого не случится, то путешествие на космическом корабле займёт около 7-8 месяцев. При таком огромном расстоянии, это не слишком длительный срок.
Среднее расстояние от Земли до Солнца
Среднее расстояние от Земли до Солнца составляет около 149,6 миллионов километров. Это расстояние называется астрономической единицей (А.Е.) и является основной мерой расстояния в Солнечной системе. Астрономическая единица была введена для удобства измерения и сравнения с другими планетами и объектами в Солнечной системе.
Солнце и Земля находятся на разных орбитах вокруг общего центра масс Солнечной системы. Расстояние между ними не является постоянным и меняется в течение года. Ближайшая точка к Солнцу называется перигелием, а самая удаленная точка — афелием. Среднее расстояние используется для оценки общего положения Земли по отношению к Солнцу.
Зафиксированное расстояние в 149,6 миллионов километров было установлено на основе наблюдений и измерений астрономов. Оно используется для расчета орбит планет, а также для определения многих астрономических параметров и характеристик Солнечной системы.
Для наглядности можно представить расстояние от Земли до Солнца в виде следующей таблицы:
| Объект | Расстояние |
|---|---|
| Земля | 0 км |
| Солнце | 149,6 миллионов км |
Данная таблица показывает, что расстояние от Земли до Солнца в несколько раз больше, чем расстояние от Земли до любого другого объекта в Солнечной системе.
Среднее расстояние от Земли до Солнца играет важную роль в понимании и изучении Солнечной системы. Оно позволяет ученым более точно определить гравитационные силы, орбиты планет и другие астрономические параметры. Кроме того, это расстояние является ключевым фактором в определении космических миссий и планировании полетов к другим планетам и космическим объектам.
Среднее астрономическое расстояние
Среднее астрономическое расстояние — это среднее значение расстояния между Землей и Солнцем. Оно является основным показателем для определения расстояний в Солнечной системе.
Среднее астрономическое расстояние равно приблизительно 149 597 870,7 километров или 92 955 807,3 миль. Это принятое международное значение и является основой для определения астрономических единиц измерения во вселенной.
Среднее астрономическое расстояние было определено в результате длительных наблюдений и измерений путем использования радиоизотопных методов и радарной астрономии. Это позволяет ученым точно определить расстояние между Землей и Солнцем.
Среднее астрономическое расстояние важно для множества научных и практических целей. Оно используется для расчета орбит планет, спутников и космических аппаратов
Также оно служит основой для измерения расстояний до других звезд и галактик во Вселенной.
Важно отметить, что среднее астрономическое расстояние является средним значением, так как орбита Земли вокруг Солнца не является круговой, а эллиптической. Это означает, что расстояние между Землей и Солнцем может незначительно варьироваться в течение года
Среднее геометрическое расстояние
Среднее геометрическое расстояние от Земли до Солнца является одним из способов оценки среднего расстояния между этими двумя небесными телами. Оно определяется как среднее арифметическое полуосей эллипса, орбиты Земли вокруг Солнца.
Как известно, орбита Земли примерно имеет форму эллипса, а не окружности. Это значит, что расстояние от Земли до Солнца меняется в течение года. Ближайшая точка Земли к Солнцу называется перигелием, а самая удаленная точка — афелием.
Среднее геометрическое расстояние рассчитывается путем усреднения полуосей орбиты Земли, измеренных в перигелии и афелии. Результат выражается в астрономических единицах (АЕ), где 1 АЕ равна примерно 149,6 миллионам километров.
| Элемент орбиты | Значение |
|---|---|
| Перигелий | 147,1 млн км |
| Афелий | 152,1 млн км |
| Среднее геометрическое расстояние | 149,6 млн км |
Среднее геометрическое расстояние является важной характеристикой орбиты Земли и используется в астрономических расчетах и моделях. Оно позволяет определить длину года и другие параметры движения Земли вокруг Солнца
Знание среднего геометрического расстояния также помогает понять, почему Земля испытывает сезонные изменения температуры. Близость или удаленность от Солнца влияет на получение солнечной энергии на поверхности Земли.
Хромосфера Солнца
Хромосфера Солнца (цветная сфера) – плотный слой (10 000 км) солнечной атмосферы, который находится прямо за фотосферой. Хромосферу наблюдать достаточно проблематично, за счет ее близкого расположения к фотосфере. Лучше всего ее видно, когда Луна закрывает фотосферу, т.е. во время солнечных затмений.
Солнечные протуберанцы – это огромные выбросы водорода, напоминающие светящиеся длинные волокна. Протуберанцы поднимаются на огромные расстояние, достигающие диаметра Солнца (1.4 млм км), двигаются со скоростью около 300 км/сек, а температура при этом, достигает 10 000 градусов.
Солнечная корона – внешние и протяженные слои атмосферы Солнца, берущие начало над хромосферой. Длина солнечной короны является очень продолжительной и достигает значений в несколько диаметров Солнца. На вопрос где именно она заканчивается, ученые пока не получили однозначного ответа.
Состав солнечной короны – это разряженная, высоко ионизированная плазма. В ней содержатся тяжелые ионы, электроны с ядром из гелия и протоны. Температура короны достигает от 1 до 2ух млн градусов К, относительно поверхности Солнца.
Солнечный ветер – это непрерывное истечение вещества (плазмы) из внешней оболочки солнечной атмосферы. В его состав входят протоны, атомные ядра и электроны. Скорость солнечного ветра может меняться от 300 км/сек до 1500 км/сек, в соответствии с процессами, происходящими на Солнце. Солнечный ветер, распространяется по всей
солнечной системе
и, взаимодействуя с
магнитным полем
Земли, вызывает различный явления, одним из которых, является северное сияние.
Расчеты нового времени
Следующий наиболее значимый виток в развитии астрономии датируется уже средними веками. Это связано с технологическим развитием, которое отразилось и на астрономии в плане появления новых телескопов, систем наблюдения и измерения.
Метод прямоугольных треугольников Кристиана Гюйгенса
Кристиан Гюйгенс, как и его предшественники, взял за основу тригонометрические знания, позволявшие проводить вычисления в пределах рассматриваемого прямоугольного треугольника по трем известным величинам. В исследованиях ученого «известными» элементами были выбраны два острых угла и один катет.
Суть вычислений заключалась в том, что предварительно нужно было найти хотя бы одно расстояние между небесным объектом, находящимся под прямым углом относительно Земли. В качестве этого объекта было решено взять Венеру, которая являлась вершиной прямоугольного треугольника, занимая прямой угол, в то время как Земля и Солнце являлись концами гипотенузы этого треугольниками.
Чтобы найти один катет нужно было узнать хотя бы приблизительное расстояние от Земли до Венеры, а без знаний о размерах планет это было довольно проблематично, поэтому ученый решил предположить, что Венера и Земля имеют одинаковые значения диаметра.
К счастью, данное предположение оказалось верным, что позволило вычислить искомое расстояние, а далее по формулам тригонометрии, предварительно измерив значения острых углов, Гюйгенсом было выведено примерное расстояние от Земли до Солнца, равное 160 млн. км. Как видно, данная величина довольно близка к правде.
Измерения Кассини и Рише
К более точным результатом, а точнее к значению в 146 млн. км пришли ученые Джованни Кассини и Жан Рише в 1672 году, которые взяли за основу в своих вычислениях изучение Марса, также вычислив расстояние от Земли до Марса и по этому расстоянию, найдя значение расстояния от Земли до солнца.
В своих измерениях ученые использовали метод уточного параллакса. Наблюдая за небесными светилами, они сделали вывод, что наиболее точные результаты дает наблюдение за одним и тем же объектом из точек Земли, которые наиболее всего удалены друг от друга.
Тогда учеными было принято решение, согласно которому один из них продолжил свои наблюдения во Франции, а второй отправился в Южную Африку. Ученые в качестве основной изучаемой фигуры выбрали Марс, и по методу параллакса вычислили расстояние до него. Далее дело осталось за математикой, благодаря которой, зная расстояние от Земли до Марса им удалось высчитать и значение до Солнца.
Важно отметить, что несмотря на практическую верность вычисленного значения Кассини и Рише были приверженцами геоцентрической системы, то есть считали, что в центре системы располагается именно Земля, и именно она является центральным неподвижным объектом
Позже, ученые признали, что скорее всего в этом они допустили ошибку и предположили, что Коперник, доказывавший обратное, частично прав.
Метод Параллакса
Кассини и Рише наблюдали за Марсом буквально из двух противоположных точек на поверхности Земли, благодаря чему наиболее точные данные удалось вычислить с использованием метода параллакса, который заключается в наблюдении за разницей в видимом положении небесного тела, которое изучается с двух разных линий зрения.
Согласно исследованиям, чем дальше друг от друга располагаются точки, задающие линии наблюдения, тем точнее будут результаты исследования.
Метод стандартных свечей
В XVIII веке ученые пришли к выводу, что яркость небесных тел напрямую влияет на их расстояние до Земли. Суть метода стандартных свечей заключается в том, что чем менее яркий и видимый объект, тем дальше он находится относительно наблюдателя. А стандартной свечой принято называть объект, светимость которого известна и может быть принята в качестве эталонной для изучения расстояния до неизвестного объекта.
Почему Солнце восходит и заходит?
Раньше люди верили, что Солнце совершает за сутки один оборот вокруг Земли. Считалось, что бог Солнца каждый день пересекает небо с востока на запад в золотой колеснице, а вечером исчезает под горизонтом. На самом же деле Солнце не восходит и не заходит.
В древности люди думали, что Солнце который каждый день пересекает небо востока на запад.
Это наша Земля каждый день совершает один оборот вокруг своей оси. Ось Земли — воображаемая линия, соединяющая ее Северный и Южный полюсы. В течение суток каждая часть Земли, скажем Россия, один раз оказывается на солнечной стороне планеты, а другой раз — на темной. Тогда в России наступает ночь. Ранним утром мы движемся в направлении Солнца, пока оно не покажется на горизонте. В этом случае говорят, что «Солнце восходит». Вечером мы отворачиваемся от Солнца, и оно «заходит».
Земля вращается вокруг своей оси с запада на восток. Поэтому нам кажется, что Солнце движется с востока на запад.
Земля вращается вокруг своей оси. Ось — это линия, соединяющая Северный и Южный полюсы.
Земля совершает один оборот вокруг своей оси за 24 часа. Для наблюдателя 1 Солнце восходит. Для наблюдателя 2 уже полдень. Для наблюдателя 3 Солнце заходит, а у наблюдателя 4 уже ночь.
Новое время
Новое время принесло следующий поток дотошных изобретателей, направивших свой интерес на определение космических расстояний. Они тоже принялись высчитывать, сколько километров отделяет Землю от Солнца. Перечислять плодотворных и успешных астрономов этой поры можно долго, поэтому выделим только несколько значимых фамилий.
Кристиан Гюйгенс
В 1653 году датский физик и астроном Кристиан Гюйгенс тоже попытался узнать протяжение пути от Земли до Солнца при помощи метода прямоугольных треугольников. Однако, в отличие от Аристарха Самосского, он использовал в качестве третьего тела не Луну, а Венеру. Он вычислял положение Солнца через аналогичный метод, а именно – ориентировался на вполовину затемненную фазу Венеры.
Нормативные расстояния
Рихер и Кассини
Первые измерения больших космических тел с максимально достоверными результатами принадлежат ученым Рихеру и Кассини. Они наблюдали за тем, как двигается Марс по звездному небу, и использовали геометрические вычисления. В 1672 году они заключили, на каком расстоянии Земля находится от Солнца. Оно оказалось равно 139 млн км.
Рихер проводил наблюдения в Гвиане, а Кассини находился во Франции. Расстояние до Марса было определено путем сопоставления некоторой разницы между результатами их измерений. Затем эти данные были приняты для геометрических вычислений с целью зафиксировать верное расстояние до Солнца. Результаты исследователя Кассини оказались сильно занижены. Согласно его подсчетам, величина расстояния на 7 % отличалась от реальной.
Дистанции до планет
Метод параллакса
В своих исследованиях эти ученые использовали метод параллакса. Под словом «параллакс» подразумевается визуальная перемена в положении ближнего объекта, расположенного на фоне иных, более удаленных тел. Это изменение становится заметным и определяется, когда изменяется точка обзора, то есть положение наблюдателя относительно рассматриваемых объектов. Иными словами, параллакс – это угол смещения тела относительно более удаленных предметов при смене точки зрения.
Чтобы воспользоваться методом параллакса, нужно, чтобы было известно расстояние смещения наблюдателя и угол смещения тела относительно фона. Тогда можно найти нужные расстояния в образовавшемся треугольнике при помощи простых геометрических операций.
На заметку
В древние времена через параллакс обосновывалось утверждение о неподвижности плоской Земли. На это людям указывало отсутствие видимых смещений в положении звезд на небосводе при смене точки наблюдения. Однако уже тогда многие мыслители выражали сомнения в этом утверждении. Некоторые предполагали, что удаленность звезд слишком велика, чтобы смещение было заметным при путешествии на «небольшие» расстояния.
С течением времени инструментарий для определения космических расстояний существенно расширился. Более совершенные и точные технологии позволили определить параллакс космических светил на звездном куполе. Только в этом случае приходится использовать не радиус земного шара, а средний радиус орбиты. Чтобы вычислить расстояние до звезды, потребуется использовать формулу следующего вида: r = 206265/π.
Солнечный свет
Метод стандартных свечей
Метод параллакса применяется для вычисления расстояний до самых ближайших к Земле звезд. Более далекие звезды находят, ориентируясь на информацию о ближайших светилах. Чем более тусклой выглядит звезда, тем предположительно дальше она находится.
Точность метода стандартных свечей невелика. Для правильного определения расстояния может потребоваться исчерпывающая информация о мощности свечения звезд-ориентиров.
Световой год: единица измерения для расстояния
Световой год представляет собой единицу измерения, используемую для измерения огромных расстояний в космосе. Он определяется как расстояние, которое свет проходит за один земной год.
Свет движется со скоростью около 299,792 километра в секунду (или приблизительно 186,282 миль в секунду). Это самая быстрая известная скорость во вселенной. За один земной год свет пройдет расстояние примерно в 9,461,000,000,000 километров (или около 5,878,000,000,000 миль). Это и есть один световой год.
Использование светового года позволяет нам измерять огромные расстояния в космосе, такие как расстояние до звезд, галактик и других объектов. Например, самая близкая к Земле звезда, Проксима Центавра, находится примерно в 4.22 световых годах от нашей планеты. Это значит, что свет от этой звезды, путешествуя со скоростью света, доходит до Земли примерно за 4.22 года.
Световой год также помогает нам представить масштабы вселенной. Например, расстояние до ближайшей галактики Андромеды составляет около 2.537 миллиона световых лет. Это означает, что свет от Андромеды, путешествуя со скоростью света, до сих пор не дошел до нашей планеты, потому что время, необходимое для преодоления такого огромного расстояния, составляет миллионы лет.
Солнечный ветер и энергия солнечного света
В конце 1950-х гг. американский астрофизик Юджин Паркер пришел к выводу, что, поскольку газ в солнечной короне имеет высокую температуру, которая сохраняется с удалением от Солнца, он должен непрерывно расширяться, заполняя Солнечную систему. Результаты, полученные с помощью советских и американских космических аппаратов, подтвердили правильность теории Паркера.
В межпланетном пространстве действительно мчится направленный от Солнца поток вещества, названный солнечным ветром. Он представляет собой продолжение расширяющейся солнечной короны. Его в основном составляют ядра атомов водорода (альфа-частицы), а также электроны. Частицы солнечного ветра летят со скоростями несколько сотен километров в секунду, удаляясь от Солнца на многие десятки астрономических единиц — туда, где межпланетная среда Солнечной системы переходит в разреженный межзвездный газ. Вместе с ветром в межпланетное пространство переносится и солнечное магнитное поле.
Общее магнитное поле Солнца по форме линий магнитной индукции немного напоминает земное. Но силовые линии земного поля вблизи экватора замкнуты и не пропускают направленные к Земле заряженные частицы. Силовые линии солнечного поля, напротив, в экваториальной области разомкнуты и вытягиваются в межпланетное пространство, искривляясь подобно спиралям. Объясняется это тем, что силовые линии остаются связанными с Солнцем (как говорят — вмороженными), которое вращается вокруг своей оси.
Последние полупроводниковые разработки позволят создать солнечные батареи, которые смогут преобразовывать в электрический ток даже инфракрасный свет. Это повысит их эффектив ность до 50%
Солнечный ветер вместе с «вмороженным» в него магнитным полем формирует газовые хвосты комет, направляя их в сторону от Солнца. Встречая на своем пути Землю, солнечный ветер сильно деформирует ее магнитосферу, в результате чего наша планета обладает длинным магнитным «хвостом», также направленным от Солнца. Магнитное поле Земли чутко отзывается на обдувающие ее потоки солнечного вещества.
Электромагнитное излучение, приходящее от Солнца, подвергается в земной атмосфере строгому отбору. Проникают в нее видимый свет и ближнее ультрафиолетовое и инфракрасное излучения, а также радиоволны в сравнительно узком диапазоне (от сантиметровых до метровых). Все остальное излучение либо отражается, либо поглощается атмосферой, нагревая и ионизуя ее верхние слои.
Поглощение рентгеновских и жестких ультрафиолетовых лучей начинается на высотах 300–350 км; на этих же высотах отражаются наиболее длинные радиоволны, приходящие из космоса. При сильных всплесках солнечного рентгеновского излучения от хромосферных вспышек рентгеновские кванты проникают до высот 80–100 км от поверхности Земли, ионизуют атмосферу и вызывают нарушение связи на коротких волнах.
Мягкое (длинноволновое) ультрафиолетовое излучение способно проникать еще глубже, оно поглощается на высоте 30—35 км. Здесь ультрафиолетовые кванты разбивают на атомы (диссоциируют) молекулы кислорода (O2) с последующим образованием озона (O3). Тем самым создается непрозрачный для ультрафиолета «озонный экран», предохраняющий жизнь на Земле от гибельных лучей. Не поглотившаяся часть наиболее длинноволнового ультрафиолетового излучения доходит до земной поверхности. Именно эти лучи вызывают у людей загар и даже ожоги кожи при длительном пребывании на солнце.
Излучение в видимом диапазоне поглощается слабо. Однако оно рассеивается атмосферой даже в отсутствие облаков, и часть его возвращается в межпланетное пространство. Облака, состоящие из капелек воды и твердых частиц, значительно усиливают отражение солнечного излучения. В результате до поверхности планеты доходит в среднем около половины падающего на границу земной атмосферы света.
Ледники удерживают более 75% пресной воды. Если они растают, уровень мирового океана вырастет на 70 м. С 1961 по 1993 г. он поднимался на 1,8 мм ежегодно, с 1993 — на 3,2 мм
На Земле излучение поглощается сушей и океаном. Нагретая земная поверхность в свою очередь излучает в длинноволновой инфракрасной области. Для такого излучения азот и кислород атмосферы прозрачны. Зато оно жадно поглощается водяным паром и углекислым газом. Благодаря этим малым составляющим воздушная оболочка удерживает тепло.
В этом и заключается парниковый эффект атмосферы. Между приходом солнечной энергии на Землю и ее потерями на планете, в общем, существует равновесие: сколько поступает, столько и расходуется. В противном случае температура земной поверхности вместе с атмосферой либо постоянно повышалась бы, либо падала.
Поделиться ссылкой
Исследования Солнца
До изобретения телескопа астрономы не имели представления о строении небесного светила. В Европе только в 17 веке были открыты солнечные пятна. Они представляют собой вырвавшиеся на поверхность фотосферы магнитные поля. Мешая движению вещества в местах выброса, они создают понижение температуры на поверхности Солнца. В это же время Галилей определил период обращения Солнца вокруг своей оси. Его наружный слой совершает полный оборот за 25,38 суток.
Строение Солнца:
- водород — 70%;
- гелий — 28%;
- остальные элементы — 2%.
В ядре звезды происходит
ядерная реакция
превращения водорода в гелий. Здесь температура достигает 15 млрд. градусов. На поверхности она равна 5780 градусам.
После появления космических аппаратов предпринималось множество попыток исследования небесного светила. Американские спутники, запущенные в космос в период с 1962 по 1975 годы, изучали Солнце в ультрафиолетовом и рентгеновском спектре волн. Серия была названа Орбитальной солнечной обсерваторией.
В 1976 году был запущен западногерманский спутник КА Helios-2, который приблизился к звезде на расстояние 43,4 млн. км. Он предназначался для исследования солнечного ветра. С этой же целью в 1990 году отправился в
космическое пространство
Солнечный зонд Ulysses.
НАСА в 2018 году планирует запустить спутник Solar Probe Plus, который приблизится к Солнцу на 6 млн. километров. Такое расстояние станет рекордным за последние десятилетия.