Лаборатория космических исследований

Ульяновская секция Поволжского отделения Российской Академии Космонавтики им. К. Э. Циолковского

Ульяновский Государственный Университет
Почему Солнце стабильно

 

 

   Основная причина продолжительного спокойствия Солнца была задана природой: это масса Солнца. Мы живем в стабильный период существования Солнца. Он длится примерно 10 миллиардов лет. До него не было и после него не будет стабильности. Завершатся ядерные реакции, и Солнце начнет постепеннпо остывать. Сейчас прошло меньше половины благоприятного времени.

 

 

   Создаваемое такой массой двление  на центральные области Солнца и соответствующая давлению температура задают энергию частиц, которая в свою очередь определяет ВИД и ТЕМП ядерных реакций. Под действием массы в (2 * 10 ^ 30) кг давление в центре достигло  100 миллиардов атмосфер, а температура в ядре Солнца поднялась до 15 000 000 К.

   Примерно 4,5 миллиарда лет тому назад началась реакция превращения четырех ядер водорода в ядро гелия. Водорода – «горючего» - много -   75% массы Солнца. В этой реакции при слиянии четырех протонов возникают ядро гелия, 2 нейтрона, 2 нейтрино и за счет дефекта массы (ядро гелия содержит меньше массы, чем 4 протона) выделяется 26,7 Мэв энергии. Она расходуется на излучение Солнца и питание всех происходящих на нем процессов.

   Чтобы преодолеть отталкивание одноименных зарядов и объединиться, протонам необходима энергия 106 эв, но при температуре (15 *10^6) К такой энергией обладают только самые быстрые протоны. Кроме того, благодаря туннельному эффекту часть протонов может объединиться, имея энергию 104 эв, но таких протонов 1 на 100 миллионов. Поэтому реакция протекает медленно «для слияния даже двух водородных ядер требуется в среднем около миллиона лет».

   «Нехитрая арифметика показывает (в статье производится расчет), что тело человека вырабатывает в 20 раз больше энергии, чем такой же объем вещества солнечного ядра! По-моему, впечатляющий результат. А роботы в "Матрице" были не дураки, что использовали людей в качестве производителей энергии :)

Именно такое небольшое энерговыделение позволяет Солнцу гореть миллиарды лет.».

  Кроме описанной реакции под действием особо быстрых протонов не исключены и другие реакции, но они практического значения не имеют. Об этом можно судить по химическому составу Солнца. На долю водорода приходится 75% массы, гелия – 25% , а на все остальные  68 химических элементов – около 1%. Интересно, что на 1000 000 атомов водорода приходится всего по 2 атома никеля, натрия и кальция, а более тяжелых элементов -  еще меньше.

   За 1 секунду (!) масса Солнца уменьшается на 4,3 миллиарда кг (по земным меркам - очень много!), которые в основном превращаются в энергию гамма-квантов и нейтрино. За 4,5 миллиарда лет своего существования Солнце потеряло на излучение (6*10 ^ 26) кг, что соответствует 0,03% массы Солнца.  Всего!

   Стабильность главной термоядерной реакции создает и стабильность суммарного потока электромагнитного излученя (температурной радиации). «Солнечная постоянная» изменяется под влиянием солнечной активности всего на десятые доли процента, а в исключительных случаях - на 1-2 %.

   Часть солнечной массы уносят корпускулярные потоки -  потоки заряженных частиц – электронов, протонов, ядер гелия, ядер более тяжелых элементов и др. «Энергия корпускулярной радиации в среднем в (10^7) раз меньше, чем энергия температурной радиации Солнца. Однако она сильно меняется с течением времени в зависимости от физического состояния Солнца, от солнечной активности». Все виды солнечного излучения в основном проходят мимо Земли, а на Землю попадает меньше одной двухмиллиардной доли потоков, истекающих во всех направлениях от Солнца.

   С солнечным ветером, непрерывно “дующим “ с поверхности Солнца, за целый год (!) выбрасывается (10 ^ -14) массы Солнца, что за 4,5 миллиарда лет его существования составило всего 0,01%.

   Отдельные корональные выбросы, даже самые массивные, уносят всего (10 ^ -16) долю массы Солнца.

   Самые большие хромосферные вспышки – бури – выносят в межпланетное пространство  меньше  вещества, чем корональные выбросы – (10 ^ -18) масс Солнца.

   Масса Солнца - исходый параметр, но в наше время для Земли важна не только гравитация, но и все виды излучения Солнца, потоки заряженных частиц, движущиеся сквозь межпланетное пространство «магнитные ловушки» и, возможно, пока еще не изученные проявления «жизнедеятельности» Солнца.

   Физика Солнца – самый востребованный и один из самых сложных разделов астрофизики.

   Основные положения  доступно изложены в предлагаемых материалах:

Мирошниченко Л. И. ФИЗИКА СОЛНЦА И СОЛНЕЧНО-ЗЕМНЫХ СВЯЗЕЙ. Учебное пособие //  Под ред. М. И. Панасюка. Книга написана на основе одноименного курса лекций, прочитанных в 2008-2011 гг. для студентов кафедры физики космоса физического факультета МГУ. © Научно-исследовательский институт ядерной физики МГУ, 2011;

КОСМИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СОЛНЦА: СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ В.Д. Кузнецов, Директор Института  ИЗМИР АН, действительный член Международной Академии Космонавтики.