Что это такое - Солнце?

Это громадный газовый, точнее, плазменный шар с четко выраженной слоистой структурой.

Среднее расстояние от Земли до Солнца составляет 149,6 млн. км.

Объясняется это тем, что Земля движется вокруг Солнца по эллиптической орбите, и поэтому в январе она ближе к нашему светилу на 2,5 млн. км, а в июне Земля удаляется от него на такое же расстояние. Радиус Солнца равен 696 тыс. км, масса составляет 1,99 10³³ г, т. е. Солнце "тяжелее" Земли в 333 тыс. раз. Солнце содержит в себе 99,866% массы солнечной системы, в состав которой входит 9 планет, множество малых планет, спутников планет. Плотность Солнца - 0,256 средней плотности Земли (рис. 1).

Рис. 1. Строение Солнца, основные физические свойства его вещества и способы переноса энергии наружу (масштаб не соблюден)

Спектральный анализ показывает, что Солнце в основном состоит из водорода (свыше 81% по объему), гелия (более 18%), на долю других элементов приходится менее 1%.

Если Солнце - газовый шар, то почему он не разлетается в окружающее пространство, какая сила "помогает" сохранить Солнцу шарообразную форму? Такая сила в природе существует, это гравитация, сила всемирного тяготения. Напомним, что на уровне видимой поверхности Солнца ускорение свободного падения равно 2,74 104 см/сек². На каждый элемент объема светила действует сила гравитационного притяжения от всех отдельных элементов, препятствует разлету частиц газа, образующих Солнце, в окружающее пространство. По оценке И. С. Шкловской го, если бы не существовала сила гравитационного притяжения, звезды, а значит, и Солнце, "испарились" бы в одно, по астрономическим меркам, мгновение: звезды-карлики (как наше Солнце) в течение суток, а звезды-гиганты в течение нескольких лет.

Без силы всемирного тяготения звезд не было бы. Однако встает вопрос: если эта сила по своей природе стремится неограниченно сблизить все элементы звезды, т. е. как бы сжать ее, то почему же все-таки звезды существуют в течение столь длительного времени. Ведь звезда, находящаяся только под действием гравитации, могла бы, опять по оценке И. С. Шкловского, полностью сжаться за время менее 1 часа. Однако гравитации противодействует давление газа, которое стремится расширить звезду. Внутри Солнца каждый его элемент находится в уравновешенном состоянии.

"Жизнь" звезды - это "борьба" между двумя противоположно направленными силами: гравитацией, пытающейся сжать звезду, и газовым давлением, стремящимся рассеять звезду в окружающее пространство. Но финал этой драматической борьбы предопределен: побеждает гравитация, звезда "схлопывается" или "коллапсирует".

Под действием сжатия в центральной области Солнца давление достигает гигантской величины, температура порядка 16 млн. градусов, плотность солнечного вещества составляет 160 г/см³. Из-за столь высокой плотности в ядре сосредоточена большая часть массы Солнца. В 1/64 его объема содержится половина массы и вырабатывается почти 99% энергии. Ядро полностью определяет светимость Солнца.

В ядре создаются условия, при которых сами собой начинают происходить ядерные реакции. В результате действия этих реакций выделяется огромная энергия и образуются новые химические элементы. Экстремальные условия в ядре могут существовать в течение длительного времени только за счет ядерных реакций синтеза гелия из водорода. Именно эта реакция является основным источником энергии Солнца, т. е. можно сказать, что водород служит тем "топливом", "горение" которого обеспечивает постоянное и ровное свечение Солнца.

За время существования Солнце успело израсходовать почти воловину своего водородного топлива. Столько же времени примерно продолжится медленная спокойная эволюция Солнца, в результате которой постепенно будет увеличиваться количество излучаемого света и радиус светила. Что последует дальше, точно нельзя предвидеть, но расчеты показывают, что в конце концов наступит момент, когда оно быстро увеличит свои размеры и станет "красным гигантом" - звездой, подобной Арктуру или Альдебарану. Потом Солнце начнет сжиматься, возможно, пройдя стадию переменной звезды. И, наконец, оно достигнет необычайно высокой плотности.

В настоящее же время Солнце - типичная звезда, находящаяся на среднем этапе своей спокойной жизни.

Энергия, вырабатывающаяся в ядре в виде излучения, перемещается к поверхности. По мере приближения к поверхности температура, давление и плотность уменьшаются. В центре Солнца температура около 16 млн. градусов, а радиус светила около 700 тыс. км, поэтому легко подсчитать, что в среднем при удалении от центра Солнца на каждый километр температура падает почти на 20 градусов (температура поверхности, фотосферы около 6000 градусов). Так происходит до расстояния примерно 9/10 радиуса Солнца от центра.

При дальнейшем приближении к поверхности Солнца температура начинает уменьшаться значительно медленнее. Теперь более внешние слои становятся относительно менее холодными. Вследствие этого передача энергии к ним от более внутренних слоев уменьшается. Это означает, что процессы последовательных поглощений и излучений не могут полностью обеспечить необходимую передачу энергии и вынос ее на поверхность.

Вместе с тем необходимо, чтобы энергия, выделяющаяся в недрах непрерывным потоком, нигде не задерживаясь, постоянно поступала к поверхности. Поэтому под фотосферой на глубине 1/10 радиуса Солнца в переносе энергии из более глубоких слоев наружу принимает участие само вещество; отдельные массы горячего газа начинают подниматься из более глубоких слоев вверх и там отдают свою энергию на излучение с поверхности. На их место опускаются более холодные массы газа. Возникают так называемые конвективные движения. Выше, в самых поверхностных слоях, энергия вновь переносится излучением.