Что такое Солнце? Газовый шар плотнее воды, мощнейший термоядерный реактор

Вокруг светаНаука

Где рождается свет

Что такое Солнце? Газовый шар, который плотнее воды, мощнейший термоядерный реактор, подобный куче гниющих листьев, и тюрьма для собственного света, пробирающегося на поверхность миллион лет.

Текст: Анатолий Глянцев

Выброс вещества из короны Солнца 31 августа 2012 года

Между прославленными астрономами и космологами англичанином Фредом Хойлом и канадцем Расселом Ормондом Редманом однажды состоялся такой обмен репликами:

– В принципе, звезда имеет довольно простую структуру.

– Вы бы тоже выглядели довольно простым с расстояния в десять парсек.

Редман не был специалистом по Солнцу, но астрономы-солнечники могли бы подписаться под его словами. До Солнца, в отличие от других звезд, всего восемь световых минут – миллионные доли парсека. И чем больше мы узнаем о дневном светиле, тем больше убеждаемся в его сложном, причудливом, даже в чем-то парадоксальном устройстве.

Начнем с элементарного вопроса: каков размер Солнца? Чтобы ответить, нужно определить, где оно закачивается, а это не так-то просто. У Солнца нет твердой поверхности, его верхние слои состоят из разреженного газа. Здесь берет начало солнечный ветер – поток вещества, постоянно истекающий из звезды и заполняющий Солнечную систему. Условной поверхностью Солнца считается фотосфера – слой, где свет отрывается от вещества и отправляется в путешествие через космос. Именно фотосферу мы видим, глядя на солнечный диск невооруженным глазом. Когда говорят о радиусе Солнца, имеют в виду расстояние от центра до фотосферы.

Моделирование NASA потока извергнутых Солнцем частиц, обрушившегося на Марс и вырывающей ионы из верхних слоев атмосферы

Радиус нашей звезды – 700 000 км. Это означает, что Солнце в 109 раз больше Земли по диаметру и более чем в миллион раз – по объему. При этом Солнце массивнее нашей планеты в 330 тысяч раз. Разделив массу звезды на ее объем, получим среднюю плотность Солнца: около 1,4 грамма в кубическом сантиметре. Называя Солнце газовым шаром, не стоит забывать, что оно плотнее воды.

Фотоны – частицы света – рождаются в центре Солнца и постепенно пробиваются к поверхности. Проделаем этот путь вместе с фотоном.

Колыбель света

В центре Солнца находится ядро – самая горячая и плотная область. По разным оценкам, на ядро приходится от пятой до третьей части солнечного радиуса. Такой разброс цифр может показаться неприличным, но что же делать: никто еще не бывал внутри звезды. Впрочем, даже треть радиуса – это менее 4% объема Солнца и всего 10% его массы. Сердце светила невелико, но именно здесь происходят термоядерные реакции, делающие Солнце звездой.

В самом центре температура достигает 15 миллионов градусов. В таких условиях не могут существовать атомы. Вещество состоит из голых атомных ядер и  оторванных от них электронов (такое состояние называется плазмой). Вышележащие слои своей громадной тяжестью создают давление в 250 млрд атмосфер. Поэтому плазма в центре Солнца в 15 раз плотнее свинца.

Высокая температура означает, что частицы плазмы движутся с огромной скоростью. Протоны (ядра водорода) сталкиваются друг с другом. Почти все такие столкновения заканчиваются тем, что столкнувшиеся частицы вновь разлетаются в разные стороны. Ведь они положительно заряжены, а  одноименные заряды отталкиваются. Однако иногда столкнувшиеся протоны сливаются в ядро дейтерия – тяжелого изотопа водорода. Так начинается цепочка термоядерных реакций, которая называется протон-протонным циклом (pp-циклом). Она довольно сложная: в добром десятке реакций образуются и тут же исчезают дейтерий, литий, бериллий, бор. Но исход всего цикла прост. Из четырех протонов образуется одно ядро гелия, два электрона, а также несколько фотонов и нейтрино.

Схема внутреннего строения солнца: 1 – ядро, 2 – зона лучистого переноса, 3 – конвективная зона, 4 – фотосфера, 5 – хромосфера

Продукты реакции в сумме весят несколько меньше, чем исходные протоны. Эта разница невелика: всего 7 граммов на 1 кг водорода. Но именно она превращается в энергию по знаменитой формуле E = mc2. Около 2% этой энергии уносят легкие всепроникающие частицы – нейтрино, а всю остальную – фотоны.

Куча гниющих листьев

Ежесекундно Солнце расходует свыше 600 млн тонн водорода. Из них в излучение превращается 4,3 млн тонн. Много ли это? В 2020 г. все электростанции мира выработали 27 петаватт-часов. Им пришлось бы работать в том же темпе четыре миллиона лет, чтобы произвести энергию, которую Солнце выделяет всего за одну секунду.

Если вы подумали, что наша звезда невероятно эффективный источник энергии, нельзя было ошибиться сильнее. Разделив энерговыделение Солнца на его массу, получим всего 0,2 милливатта на килограмм. Для сравнения: человек массой 70 кг в состоянии покоя выделяет около 100 Вт тепла. В пересчете на массу отдыхающий человек – в тысячи раз более эффективный обогреватель, чем Солнце, а о марафонце на дистанции и говорить нечего. Средний килограмм солнечного вещества выделяет не больше энергии, чем килограмм гниющих листьев.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Азбучные неистины Азбучные неистины

Перечислим несколько «азбучных истин» из учебников, опровергнутых временем

Вокруг света
«Бензин самотеком не подавать»: о чем предупреждали водителей советских автобусов «Бензин самотеком не подавать»: о чем предупреждали водителей советских автобусов

Что значит надпись «бензин самотеком не подавать» и в чем минусы самотека

ТехИнсайдер
Обжигаемый Солнцем: экскурсия на Меркурий Обжигаемый Солнцем: экскурсия на Меркурий

Какие же тайны и интересные особенности скрывает Меркурий?

Наука и жизнь
Организация искусственного интеллекта: ждет ли ИИ система глобального регулирования Организация искусственного интеллекта: ждет ли ИИ система глобального регулирования

Как модели регулирования могут способствовать безопасному развитию технологий

Forbes
Равновесие сил Равновесие сил

Свет и Тьма как две основы мироздания

Вокруг света
Формула чуда: как химики сделали шаг к разгадке тайны зарождения жизни Формула чуда: как химики сделали шаг к разгадке тайны зарождения жизни

Последовательная и стройная картина появления первых живых существ

Forbes
Анатомия Жар-птицы Анатомия Жар-птицы

Кем могла бы быть волшебная Жар-птица с точки зрения науки?

Вокруг света
«Опыт в торговле помогает найти язык с любым родителем»: как я стала воспитателем в детском саду «Опыт в торговле помогает найти язык с любым родителем»: как я стала воспитателем в детском саду

Наша героиня поняла, что лучшая профессия для нее — воспитатель в детском саду

VOICE
Мифы и факты: о чем умолчал Марко Поло Мифы и факты: о чем умолчал Марко Поло

Что Марко Поло упустил в своих рассказах

Вокруг света
От безработицы к дефициту кадров: как сломалась российская модель рынка труда От безработицы к дефициту кадров: как сломалась российская модель рынка труда

Что привело к нехватке рабочих рук и почему так сложно решить проблему вакансий

Forbes
Идущие за лучом Идущие за лучом

Управление мозгом с помощью света порождает много надежд и столько же опасений

Вокруг света
Поворот к себе Поворот к себе

Соня Аржаных — о первом гонораре, синдроме самозванца и мечте написать сценарий

Grazia
Наука о чужих. Жизнь и разум во Вселенной Наука о чужих. Жизнь и разум во Вселенной

Как складывались теории формирования Солнечной системы и Земли

Наука и жизнь
Суперкомпьютер отделившегося от «Яндекса» проекта Nebius вошел в мировой топ-500 Суперкомпьютер отделившегося от «Яндекса» проекта Nebius вошел в мировой топ-500

Компания Nebius N.V. дебютировала в мировом рейтинге суперкомпьютеров Tор500

Forbes
Темные миры Темные миры

Таинственные тоннели, подземные водоемы, удивительной красоты сталактиты

Вокруг света
Ксения Кузнецова: «Если мне что-то не нравится, начинаю над этим работать» Ксения Кузнецова: «Если мне что-то не нравится, начинаю над этим работать»

Ксения Кузнецова – о горах, доме без углов, восприятии своей внешности и счастье

Здоровье
IDеальное преступление IDеальное преступление

Четыре года назад «Популярная механика» опубликовала свой первый кибердетектив

ТехИнсайдер
Кто вы из «Секса в большом городе»? Ученый разделил женщин-одиночек на 4 типа Кто вы из «Секса в большом городе»? Ученый разделил женщин-одиночек на 4 типа

Вы Кэрри, Саманта, Шарлотта или Миранда?

Psychologies
Найти Эльдорадо Найти Эльдорадо

Колумбия — одна из модных точек, притягивающих гастротуристов со всего мира

Вокруг света
Слишком дорого: как в России сокращается рынок зарубежных онкопрепаратов Слишком дорого: как в России сокращается рынок зарубежных онкопрепаратов

Лекарства, применяемые для лечения рака, исключат из системы финансирования

Forbes
Мир сходит с ума от сериала «Удивительный цифровой цирк»: чем он покоряет зрителей Мир сходит с ума от сериала «Удивительный цифровой цирк»: чем он покоряет зрителей

В чем феномен моментального успеха «Удивительного цифрового цирка»

Psychologies
Всего две точки над «е»: приключения одной буквы Всего две точки над «е»: приключения одной буквы

Как и откуда взялась буква Ё?

Знание – сила
Поупражнялись в girl math и съели girl dinner: как «девчачий ужин» и «девчачья математика» стали мемами Поупражнялись в girl math и съели girl dinner: как «девчачий ужин» и «девчачья математика» стали мемами

Что за тренд с girl/boy появился в сети и так ли он безобиден, как кажется

Правила жизни
Раз прошла такая пьянка Раз прошла такая пьянка

Выпивка на фоне автомобиля как жанр советской фотографии

Автопилот
Вне дома Вне дома

Как «Ночлежка» помогает людям

Новый очаг
Древняя архитектура и природный колорит: гид по лучшим местам Еревана Древняя архитектура и природный колорит: гид по лучшим местам Еревана

Что стоит увидеть в столице Армении и навсегда запечатлеть в памяти

Forbes
Развлечение из детства с жуткой историей: когда придумали телефон из стаканчиков и нити и как он работает Развлечение из детства с жуткой историей: когда придумали телефон из стаканчиков и нити и как он работает

Многих на протяжении детства волновал вопрос, как работают ниточные телефоны

ТехИнсайдер
Почему наша память становится хуже и как ее улучшить: 5 советов от невролога Почему наша память становится хуже и как ее улучшить: 5 советов от невролога

Что приводит к ухудшению памяти и что стоит сделать, чтобы улучшить ее

Psychologies
Отпусти и забудь Отпусти и забудь

5 советов, которые помогут восстановиться после развода

Лиза
5 лучших безалкогольных коктейлей на новогодние праздники 5 лучших безалкогольных коктейлей на новогодние праздники

Интересные напитки для тех, кто не пьет алкоголь

ТехИнсайдер
Открыть в приложении