Маркус Чаун - Твиты о вселенной

• Название: Твиты о вселенной
• Автор: Маркус Чаун
• Жанр: Науки о космосе
• Год: 2013
• ISBN: 978-5-9963-1151-4

Маркус Чаун и Говерт Шиллинг, известные журналисты и популяризаторы науки, приглашают читателя на уникальную экскурсию по Вселенной, во время которой они в непринужденной форме ответят на самые принципиальные вопросы, связанные с окружающим нас миром. Начиная с самых простых: «почему ночью небо темное? почему звезды мерцают? что такое метеориты?», они внедрятся в круг самых сложных проблем космологии — как зарождалась Вселенная, как появляются сверхновые звезды, что такое квазары и черные дыры, что было до Большого взрыва, одни ли мы во Вселенной. Самые интересные и животрепещущие «макропроблемы» современного естествознания представлены авторами в сжатой форме «микроблогов», в точности, как в социальной сети «Твиттер», откуда и берет название эта увлекательная и информативная книга.

---

36. Почему Солнце горячее?

Солнце жаркое по одной простой причине. Оно обладает большой массой. Огромное количество вещества прессуется в ядро под действием силы тяжести, сжимающей его.

Когда газ сжат, он становится горячим. Это известно любому, кто сжимал воздух в велосипедном насосе. В солнечном ядре газ сжат так, что его температура достигает -15 млн °С.

При такой высокой температуре вещество переходит в «плазму». Она ведет себя не как материя, которая материальна (каламбур получился случайно).

Солнце — это млрд млрд млрд тонн, в основном, водорода. Но, если положить млрд млрд млрд тонн бананов в одном месте, будет так же жарко.

Ключевой факт: температура Солнца зависит от КОЛИЧЕСТВА содержащегося в нем вещества, а не от его состава (хотя он и оказывает незначительное влияние на распределение тепла внутри).

Сжатая в ядре материя объясняет лишь, почему Солнце горячее в данный момент, но не объясняет, почему оно остается горячим. Это уже совершенно другой вопрос.

Солнце постоянно отдает тепло в космос, но никогда не остывает. Поэтому должно быть что-то, что восполняет тепло так же быстро, как оно теряется. Но что это?

Ответ: ядерная энергия. Солнце осуществляет синтез «остовов», или «ядер» легчайшего элемента — водорода, и превращает его в следующий легчайший элемент — гелий. Побочным продуктом является солнечный свет.

О наиболее маловероятной ядерной реакции, которую можно вообразить. В среднем каждым двум ядрам водорода в составе Солнца для того, чтобы встретиться и соединиться, необходимо 10 млрд лет.

Будем благодарны тому, что солнечный синтез такой медленный. Солнцу необходимо 10 млрд лет, чтобы сжечь все топливо. Этого вполне достаточно для эволюции разумной жизни (такой, как наша).

Чтобы получить представление о неэффективности Солнца, представьте ваш желудок и объем ядра Солнца размером с него. Ваш желудок генерирует больше тепла.

Вопрос. Если производство солнечного тепла является настолько J неэффективным, почему Солнце горячее? Ответ. Потому что оно состоит из множества областей размером с желудок, сложенных вместе!

37. Что там, внутри Солнца?

Солнце — огромный шар из газа, имеющий 1,4 млн км в поперечнике. В основном оно состоит из водорода (75 %) и гелия (24 %).

К центру плотность и температура значительно увеличиваются.

Солнце не имеет нейтральных атомов. Атомные ядра (положительный заряд) лишены электронов (отрицательный заряд). Этот газ заряженных частиц называется плазмой.

Температура в солнечном ядре 15,7 млн °С; плотность — в 160 раз больше, чем у воды. Ядро достаточно плотное, чтобы запустить ядерный синтез, генерирующий солнечный свет.

Диаметр ядра 350 000 км (25 % поперечника Солнца; в 27 раз больше Земли). В пределах этой области производится 99 % солнечной энергии (275 Вт/м3 в самом центре).

Вокруг ядра находится «радиационная зона» 315 000 км толщиной. Перепад температуры составляет от 7 до 2 млн °С. Энергия выходит наружу за счет излучения (свет).

Ядро и радиационная зона вращаются как твердые тела — примерно с одинаковой угловой скоростью. Однако ядро, вероятно, вращается немного быстрее.

Внешняя область Солнца (210 000 км толщиной) известна как конвекционная зона. Она подобна кипящей кастрюле. Горячая плазма поднимается, излучая энергию. Холодная плазма опускается.

Скорость вращения конвекционной зоны изменяется с глубиной и широтой (быстрее на экваторе, медленнее на полюсах). Известно как дифференциальное вращение.

Существуют также подповерхностные меридиональные потоки («реки огня»), которые несут плазму от экватора к полюсам (ближе к поверхности), а затем обратно (на большую глубину).

Магнитные поля распространяются вперед, закручиваются, вытягиваются и искривляются движущейся плазмой. Такие ограниченные магнитные поля приводят к солнечным вспышкам и т. д.

38. Пятна на Солнце, что это такое?

Пятна на Солнце представляют собой короткоживущие темные области на светлой поверхности Солнца. Хотя они и горячие, но выглядят темными, так как намного холоднее, чем окружение.

Самое большое пятно может достигать 80 000 км в поперечнике, что больше чем в 6 раз превышает размер Земли. Они часто появляются группами и могут сохраняться несколько недель.

Крупнейшие пятна видны невооруженным глазом, когда Солнце тусклое на закате/восходе. Об этом сообщали китайские астрономы и европейские монахи.

В июне 1611 немецкий любитель Иоганн Фабрициус был первым, кто описал пятна, наблюдаемые в телескоп. Чуть раньше, чем Галилей.

Наблюдая солнечные пятна, можно вычислить, что Солнце делает оборот примерно за 25 дней. Но истинная природа пятен осталась загадкой.

Температура солнечных пятен 3000–4000 °C по сравнению с температурой в 5500 °C на поверхности Солнца. Солнечные пятна приблизительно на 1000 км глубже, чем их окружение.

Солнечные пятна возникают из-за локализованного сильного магнитного поля, которое останавливает конвекцию. Без горячей плазмы, поднимающейся снизу, поверхность охлаждается и тонет.

Большие солнечные пятна имеют темную центральную часть, называемую тенью, и более светлую окружающую область, называемую полутенью.

Число солнечных пятен (s) и групп пятен (д) входит в число Вольфа 10g + s (названо в честь исследователя Солнца), которое рассматривается как мера солнечной активности.

Часто вокруг групп пятен (активных областей) появляются яркие «факелы», солнечные вспышки и другие взрывоподобные события. Все это магнитные явления.

Другие вращающиеся звезды, подобные Солнцу, и особенно красные карлики обнаруживают периодические изменения яркости. Это свидетельствует о существовании «звездных пятен».

39. Что такое солнечный цикл?

Генрих Швабе, наблюдавший Солнце постоянно, искал гипотетическую планету внутри орбиты Меркурия. Он надеялся поймать пятнышко, пересекающее солнечную поверхность.

Вместо этого Швабе обнаружил медленное изменение числа солнечных пятен. Он замечал их каждый день в 1828/1829. Но 139 дней в 1833 было без пятен. Ту же картину он наблюдал в следующем десятилетии.

В 1843 Швабе опубликовал теорию о том, что солнечные пятна подвержены 10-летнему циклу. Теория подтверждается более ранними наблюдениями, относящимися к временам Галилея.

Более точный период солнечного цикла, найденный позже, оказался ближе к 11 годам. Циклы начали нумеровать начиная с 1755. Наш текущий цикл имеет номер 24.

Новый цикл начинается с нескольких небольших пятен, образующихся на высоких широтах. Позже ближе к экватору проявляются более активные области с пятнами и вспышками.

Во время «солнечного максимума» Солнце в целом выделяет чуть больше энергии (несмотря на большее количество темных пятен), особенно в виде УФ и рентгеновского излучений.

Природа солнечного цикла, вероятно, связана с подповерхностными потоками намагниченной плазмы и регулярным накоплением магнитной энергии. Но детали остаются неясными.

В 1893 шотландский астроном Эдвард Маундер обнаружил, что с 1645 по 1710 солнечная активность была необычайно низкой. Это явление было названо Минимумом Маундера.

Причина Минимума Маундера неизвестна. Анализ колец деревьев показывает наличие подобного длинного минимума между 1420 и 1550. Он может повториться в любое время.

На протяжении XX в. Солнце было необычайно активным, с большими максимумами. Однако солнечный минимум последнего цикла, номер 23, был очень глубоким и долгим.

Солнечная активность в текущем цикле, номер 24, по прогнозам, достигнет своего пика в летний период 2013. Учитывая прошлое и медленный рост нового цикла, максимум, вероятно, будет слабым.

40. Что такое солнечный ветер?

Солнце выбрасывает заряженные частицы в космос, в основном протоны (+) и электроны (-). Этот ураган в миллион-миль-в-час называют солнечным ветром.

Солнечный ветер впервые обнаружил Ричард Каррингтон (1859). Теорию опубликовал в 1958 Евгений Паркер. Подтверждена она была советским кораблем Луна 1 (1959).

Из-за солнечного ветра Солнце теряет массу: 1,8 млн тонн в секунду, или 1 массу Земли за 150 млн лет. Это небольшое количество по сравнению с массой Солнца.

Солнечный ветер возникает в солнечной короне (от лат. corona) — в очень горячей (1–3 млн ° С) разреженной внешней «атмосфере» Солнца.