Солнце как объект звездной природы

Общие сведения

В предыдущей главе мы рассмотрели эволюционный путь Солнечной системы, а также физико-химические характеристики большинства входящих в нее объектов. Но главным и наиболее массивным телом Солнечной системы является звезда, которую мы зовем Солнцем. Именно в нем сосредоточена подавляющая часть всей массы системы (около 99,866%), именно оно удерживает своим тяготением планеты и прочие тела, принадлежащие к Солнечной системе.

Солнце — звезда третьего поколения. Это означает, что с момента существования нашей Галактики в окрестностях произошло не менее двух взрывов сверхновых, обогативших тяжелыми элементами молекулярное облако^[1], из которого впоследствии образовалось Солнце. Тем не менее химический состав Солнца более чем на 98% характеризуется наличием водорода и гелия.

Наше Солнце относится к спектральному классу G2V, а в ненаучных кругах более известно также как желтый карлик — маломассивная, а следовательно, долгоживущая звезда главной последовательности. Это значит, что в недрах нашей звезды в данный момент происходит превращение водорода в гелий, что само по себе является процессом достаточно длительным.

Каждую секунду в ядре Солнца в гелий превращается 600 млн т водорода.

Предполагается, что возраст Солнца составляет немногим более 4,5 млрд лет из 10 млрд лет, отмеренных ему как представителю класса желтых карликов (подробнее см. в гл. 10). Таким образом, сейчас наша звезда находится в середине своего жизненного пути (рис. 4.1). Через 5 млрд лет Солнце перейдет с главной последовательности в класс красных гигантов, увеличившись в размерах и перешагнув орбиту Венеры. Вопреки распространенным заблуждениям, в конце жизни наша звезда не взорвется. После того как в ядре перегорит весь гелий, Солнце сбросит с себя внешние слои и превратится в компактный объект — медленно остывающий белый карлик.

Рис. 4.1. Жизненный цикл Солнца За последние 3,8 млрд лет светимость Солнца увеличилась на 25%. Радиус Солнца составляет порядка 700 тыс. км, а его масса равна 2 • 10³⁰ кг^[2]

(?) Вспомните, чему равна масса Земли. Во сколько раз масса Солнца превышает массу Земли?

Температура Солнца колеблется — возрастает от 6 тыс. до 10 млн К по мере удаленности от ядра (см. параграфы 2.11 и далее 4.2). Эта же закономерность прослеживается и относительно распределения плотности звездного вещества.

Угловой размер солнечного диска на небосводе составляет полградуса. Солнце совершает вращение вокруг собственной оси. Однако поскольку Солнце и другие звезды не обладают твердой поверхностью, скорость вращения масс звездного вещества неодинакова: в экваториальных областях скорость выше (на один оборот требуется 25 дней), в полярных — ниже (до 40 дней).

В процессе термоядерного синтеза в недрах Солнца кроме атомов гелия-4 также образуются побочные продукты, такие как позитроны, гамма-кванты, свечение которых мы наблюдаем, а также нейтрино — легкие слабоэнергетические частицы, практически не взаимодействующие с обычным веществом. Именно поэтому нейтрино свободно перемещаются сквозь толщу звездных масс, не встречая на своем пути никаких преград, в отличие от гамма-квантов, которым требуется длительное время, чтобы достичь поверхности Солнца. Образование нейтрино в процессе термоядерного синтеза было предсказано еще в 1930;х гг., однако долгое время не удавалось обнаружить необходимое количество, соответствующее теоретическим подсчетам. Решить проблему смогли совсем недавно — только в начале XXI в., однако исследования нейтрино позволили многое узнать о процессах, происходящих внутри Солнца. ^{* 15}

(?) В 2015 г. была вручена Нобелевская премия по физике за обнаружение так называемых нейтринных осцилляций с помощью специализированных подземных нейтринных обсерваторий. Что это значит? Сколько типов нейтрино существует, как они называются и отчего возникают? Почему обсерватории располагались под землей? Пожалуйста, подготовьте небольшое сообщение на эту тему.

• [1] Более подробно о молекулярных облаках см. в параграфе 9.6.
• [2] Это значение принято за эталон при измерении других звездных масс. Так, массасамой яркой звезды в созвездии Ориона (а Ориона) — Бетельгейзе — составляет около М0.