Видео почему солнце светит днем а звезды ночью: Урок 43. «Почему Солнце светит днём, а звёзды-ночью?»

Научные идеи «Почему наше Солнце такое большое и яркое?» Опирается на

Прежде чем вы и ваши ученики приступите к сегодняшнему заданию, ученики должны усвоить, что (1) звезды излучают свой собственный свет, а другие объекты видны только благодаря отражению света от звезд, и (2) Солнце — это звезда. Вы могли бы поделиться Что такое звезды? видео, чтобы предоставить учащимся возможность поделиться своим пониманием этих идей или развить свое понимание.

Переживание феномена

Поделитесь этими двумя фотографиями звезд со своими учениками. Попросите учащихся сделать и записать наблюдения за звездами на картинках. Вы можете попросить их создать т-диаграмму, на одной стороне которой будет указано Сходства , а на другой — Различия . Также предложите своим ученикам записывать вопросы на следующей странице в тетради по науке или под записью своих наблюдений.

Попросите учащихся поделиться своими наблюдениями и некоторыми вопросами с партнером или небольшой группой. Если вы преподаете удаленно, учащиеся могут делиться своими наблюдениями и вопросами с помощью такого приложения, как Jamboard. Затем попросите студентов поделиться своими наблюдениями и вопросами с классом. Подумайте о том, чтобы создать классную запись наблюдений и вопросов, к которым вы могли бы вместе обращаться во время выполнения задания.

Некоторые из вопросов, которые будут заданы детям, касаются различий в яркости и размере между солнцем и звездами, которые мы видим ночью. Мы исследуем каждое из этих отличий.

Исследование разницы в яркости звезд

Учащиеся могут совместно спланировать и провести собственное исследование, чтобы ответить на вопрос, почему одни звезды ярче других. Вы можете задать учащимся такие вопросы, как:

• Что мы можем использовать для представления света, исходящего от звезд? (фонарик)

• Как сделать свет ярче или тусклее? (переместите фонарик ближе и дальше от стены или пола)

• Что мы должны наблюдать? (насколько ярким выглядит свет, размер пятна света, создаваемого фонариком)

• Что мы должны измерить? (расстояние от фонарика до стены или пола, размер светового пятна)

Начав с одного фонарика, выясните, почему солнце кажется намного ярче, чем все остальные звезды на небе. Попросите детей записать то, что они сделали (включая любые измерения, которые они сделали, например, расстояние между фонариком и стеной) и свои наблюдения. Пока вы ходите по комнате, вы можете спросить учащихся, замечают ли они закономерность в своих данных (наблюдениях). Вы можете спросить: «Как вы думаете, как эта закономерность может помочь вам объяснить, почему Солнце ярче других звезд?»

Попросите учащихся поделиться своими первоначальными идеями, чтобы объяснить явление, когда Солнце намного ярче других звезд, путем создания модели. Модель должна включать изображения и символы, а также слова для описания компонентов (частей модели) и взаимодействий (как взаимодействуют части модели для объяснения своих наблюдений). Попросите их включить фонарик на две или более позиций. Вы можете создать шаблон с двумя (или более) панелями с надписями «Фонарик близко к стене» и «Фонарик далеко от стены».

Первоначально модели учащихся могут выглядеть так:

Обсудите со студентами, что нужно включить в модель, чтобы другие могли понять, что модель пытается объяснить. Дети узнают источник света и световой пучок, образованный источником света. Спросите, чего не хватает модели, указывая на пространство между фонариком и лужей света. Затем дети узнают, что в этом пространстве есть луч света. Предоставьте учащимся возможность добавлять метки и изображения световых лучей к своим моделям.

Учащиеся, выполнившие модели, должны показать, как меняется световой поток по мере приближения и удаления фонарика от стены. Если вы стоите у стены, как это покажется вашему глазу? При каком положении фонарика свет будет ярким? При каком положении фонарика свет на стене будет казаться тусклым?

На этом этапе дети могут устно или письменно объяснить, как расстояние от источника света влияет на яркость этого света. Они должны включать в себя идею о том, что световой пучок кажется «исчезающим» и становится тусклее по мере удаления от источника света.

Исследование различий в размерах звезд

Большинство учащихся понимают, что объект, находящийся близко, кажется больше, чем тот же объект на расстоянии. Простой способ заставить всех учащихся испытать это — выйти на улицу и встать рядом с каким-либо объектом. Попросите их использовать большой и указательный пальцы, чтобы измерить высоту объекта. Учащиеся могут использовать линейку для измерения расстояния между большим и указательным пальцами. Учащиеся должны записать измерение.

Отойдите не менее чем на 50 шагов от предмета и попросите учащихся еще раз измерить тот же предмет большим и указательным пальцами.

Спросите учащихся: «Что вы заметили?» и «Изменяется ли фактический размер объекта?» Попросите учащихся описать причинно-следственную связь между расстоянием до объекта и размером, которым он кажется. Вы можете дать им начало предложения, например: «Когда я буду далеко от объекта, тогда ________».

Создать модель

Следующий шаг — помочь учащимся соединить свои выводы из двух исследований, чтобы объяснить, почему Солнце кажется ярче других звезд. Вместе с учащимися составьте список компонентов, которые необходимо включить в их модель (список «обязательных» моделей). Этот список должен включать солнце (напомните учащимся, что солнце — звезда среднего размера), другие звезды на небе, Землю и свет, излучаемый солнцем и другими звездами. Обсудите, как мы (класс) можем изобразить яркий свет рядом с источником света и тусклый свет по мере увеличения расстояния от источника света. (Некоторые идеи включают использование цвета для светового луча, который становится светлее по мере удаления от источника света, или начиная со сплошной линии и переходя в пунктирную или пунктирную линию.) Напомните учащимся, чтобы они включали ключ, если они используют символы или цвета (если цвета предназначены для обозначения аспекта модели). Они также должны использовать слова и символы, чтобы помочь объяснить свои идеи.

Вы можете поделиться приведенными ниже моделями учащихся или попросить учащихся поделиться своими моделями в небольших группах. Попросите учащихся определить сходства и различия между их моделями и моделями других учащихся. После этого обсуждения позвольте учащимся пересмотреть свои собственные модели. Вы можете создать модель консенсуса класса. Это можно сделать, попросив группы студентов поделиться сходством между их моделями; по мере того, как будет делиться каждое сходство, добавляйте его к модели класса (нарисованной на доске, плакатной бумаге и т. д.)

Расширение

В качестве дополнения к этому упражнению попросите учащихся просмотреть рисунок ниже и ответить на следующие вопросы:

Представьте, что вы находитесь в точке A и смотрите на фонарик, а затем переместитесь в точку B.

• Как бы свет исходящие от фонарика выглядят иначе?
• Что если продолжить смотреть на фонарик и переместиться в точку за пределами картинки?
• Не могли бы вы переместиться в точку далеко, где вы больше не могли бы видеть свет? Какой реальный жизненный опыт помог вам ответить на этот вопрос? Объясните свое мышление.

Вернитесь к вопросам, заданным в начале урока. У учащихся будет много других вопросов об объектах, изображенных на небе. Некоторые вопросы, которые могут возникнуть у учащихся:

• Что такое падающие звезды?

• Что такое созвездия?

• Я слышал, что звезды бывают разного цвета. Что означают цвета звезд?

• Почему звезды мерцают?

• Какие еще объекты мы можем видеть в небе? Как мы можем увидеть эти другие объекты, излучают ли они свет и энергию, как звезды?

Всем классом решите, что вам следует исследовать дальше. Вы также можете предоставить соответствующий классу текст, диаграммы и медиафайлы, чтобы получить ответы на эти вопросы.

NSTA Коллекция ресурсов для сегодняшних ежедневных действий

NSTA создало Почему солнца такие большие и яркие  коллекцию ресурсов для поддержки учителей и семей, выполняющих эту задачу. Если вы являетесь участником NSTA, вы можете добавить эту коллекцию в свою библиотеку, нажав ДОБАВИТЬ В МОЮ БИБЛИОТЕКУ, расположенную в верхней части страницы (справа в синем поле).

Ознакомьтесь с предыдущими ежедневными задачами от NSTA

NSTA Daily Do — это открытый образовательный ресурс (ООР), который может использоваться преподавателями и семьями, предоставляющими учащимся дистанционное и домашнее обучение. Получите доступ ко всей коллекции NSTA Daily Dos.

Вам также может понравиться

Веб-семинар

Новости науки: использование этикетки с фактами о питании для соблюдения рекомендаций по питанию для американцев, 19 октября., 2023 г.

Присоединяйтесь к нам в четверг, 19 октября 2023 г., с 19:00 до 20:00 по восточноевропейскому времени, чтобы получить выпуск научного бюллетеня NSTA о этикетке с указанием пищевой ценности. …

Веб-семинар

Новости науки: от Аполлона до Артемиды: возвращение НАСА на Луну, 16 февраля 2023 г.

Присоединяйтесь к нам в четверг, 16 февраля 2023 г., с 19:00 до 20:00 по восточноевропейскому времени, чтобы получить выпуск научного бюллетеня NSTA о программе NASA Artemis….

Отчеты Статья

Бесплатные подарки и возможности для учителей естественных наук и STEM, 13 декабря 2022 г.

Отчеты Статья

Бесплатные подарки и возможности для учителей естественных наук и STEM, 6 декабря 2022 г.

Солнце | Национальное географическое общество

Солнце — обычная звезда, одна из примерно 100 миллиардов в нашей галактике Млечный Путь. Солнце оказывает чрезвычайно важное влияние на нашу планету: оно управляет погодой, океанскими течениями, временами года и климатом, а также делает возможной жизнь растений благодаря фотосинтезу. Без солнечного тепла и света жизнь на Земле не существовала бы.

Около 4,5 миллиардов лет назад Солнце начало формироваться из молекулярного облака , которое в основном состояло из водорода и гелия. Близлежащая сверхновая испустила ударную волну, которая соприкоснулась с молекулярным облаком и активировала его. Молекулярное облако начало сжиматься, и некоторые области газа схлопнулись под действием собственного гравитационного притяжения. Когда одна из этих областей разрушилась, она также начала вращаться и нагреваться от увеличивающегося давления. Большая часть водорода и гелия осталась в центре этой горячей вращающейся массы. В конце концов, газы достаточно нагрелись, чтобы начать ядерный синтез, и превратились в солнце в нашей Солнечной системе.

Другие части молекулярного облака остыли в диск вокруг совершенно нового солнца и стали планетами, астероидами, кометами и другими телами в нашей Солнечной системе.

Солнце находится на расстоянии около 150 миллионов километров (93 миллиона миль) от Земли. Это расстояние, называемое астрономической единицей (а.е.), является стандартной мерой расстояния для астрономов и астрофизиков.

AU можно измерить со скоростью света или временем, которое требуется фотону света, чтобы добраться от Солнца до Земли. Свет на Солнце занимает около восьми минут и 19секунд, чтобы достичь Земли.

Радиус солнца, или расстояние от самого центра до внешних границ, составляет около 700 000 километров (432 000 миль). Это расстояние примерно в 109 раз больше радиуса Земли. Солнце не только имеет гораздо больший радиус, чем Земля, но и намного массивнее. Масса Солнца более чем в 333 000 раз больше массы Земли и содержит около 99,8% всей массы Солнечной системы!

Состав

Солнце состоит из пылающей комбинации газов. Эти газы фактически находятся в форме плазмы. Плазма – это состояние вещества, похожее на газ, но с большей частью ионизированных частиц. Это означает, что частицы имеют увеличенное или уменьшенное число электронов.

Около трех четвертей Солнца состоит из водорода, который постоянно сплавляется и образует гелий в процессе, называемом ядерным синтезом. Гелий составляет почти всю оставшуюся четверть. Очень небольшой процент (1,69 процента) солнечной массы составляют другие газы и металлы: железо, никель, кислород, кремний, сера, магний, углерод, неон, кальций и хром. Эти 1,69 процента могут показаться незначительными, но их масса по-прежнему в 5628 раз больше массы Земли.

Солнце не является твердой массой. У него нет легко определяемых границ, как у скалистых планет, таких как Земля. Вместо этого Солнце состоит из слоев, почти полностью состоящих из водорода и гелия. Эти газы выполняют разные функции в каждом слое, и слои Солнца измеряются их процентом от общего радиуса Солнца.

Солнце пронизано и частично контролируется магнитным полем. Магнитное поле определяется комбинацией трех сложных механизмов: круговой электрический ток, проходящий через солнце, слои солнца, вращающиеся с разной скоростью, и способность солнца проводить электричество. Вблизи экватора Солнца силовые линии магнитного поля образуют небольшие петли у поверхности. Линии магнитного поля, проходящие через полюса, простираются гораздо дальше, на тысячи километров, прежде чем вернуться к противоположному полюсу.

Солнце вращается вокруг своей оси, как и Земля. Солнце вращается против часовой стрелки, и ему требуется от 25 до 35 дней, чтобы совершить один оборот.

Солнце обращается по часовой стрелке вокруг центра Млечного Пути. Его орбита находится на расстоянии от 24 000 до 26 000 световых лет от галактического центра. Солнцу требуется от 225 до 250 миллионов лет, чтобы совершить один оборот вокруг галактического центра.

Электромагнитное излучение

Солнечная энергия распространяется на Землю со скоростью света в виде электромагнитного излучения (ЭМИ).

Электромагнитный спектр существует в виде волн различной частоты и длины волны.

Частота волны показывает, сколько раз волна повторяется за определенную единицу времени. Волны с очень короткими длинами волн повторяются несколько раз в данную единицу времени, поэтому они являются высокочастотными. Напротив, низкочастотные волны имеют гораздо большую длину волны.

Подавляющее большинство электромагнитных волн, исходящих от солнца, невидимы для нас. Наиболее высокочастотными волнами, излучаемыми солнцем, являются гамма-лучи, рентгеновские лучи и ультрафиолетовое излучение (УФ-лучи). Наиболее вредные ультрафиолетовые лучи почти полностью поглощаются атмосферой Земли. Менее мощные УФ-лучи проходят через атмосферу и могут вызывать солнечные ожоги.

Солнце также излучает инфракрасное излучение, волны которого имеют гораздо более низкую частоту. Большая часть солнечного тепла поступает в виде инфракрасной энергии.

Между инфракрасным и ультрафиолетовым диапазоном находится видимый спектр, который содержит все цвета, которые мы, люди, можем видеть. Красный цвет имеет самые длинные волны (наиболее близкие к инфракрасному), а фиолетовый (наиболее близкие к ультрафиолетовому) — самые короткие.

Само солнце белое, а это значит, что оно содержит все цвета видимого спектра. Солнце кажется оранжево-желтым, потому что испускаемый им синий свет имеет более короткую длину волны и рассеивается в атмосфере — тот же самый процесс делает небо голубым.

Астрономы, однако, называют Солнце «желтым карликом», потому что его цвета попадают в желто-зеленую часть электромагнитного спектра.

Эволюция Солнца

Солнце, хотя и поддерживает всю жизнь на нашей планете, не будет сиять вечно. Солнце существует уже около 4,5 миллиардов лет.

Процесс ядерного синтеза, который создает тепло и свет, которые делают возможной жизнь на нашей планете, также является процессом, который медленно изменяет состав Солнца. Благодаря ядерному синтезу Солнце постоянно расходует водород в своем ядре: каждую секунду Солнце превращает около 620 миллионов метрических тонн водорода в гелий.

На данном этапе жизни Солнца его ядро ​​примерно на 74% состоит из водорода. В течение следующих пяти миллиардов лет Солнце сожжет большую часть своего водорода, и гелий станет его основным источником топлива.

За эти пять миллиардов лет Солнце превратится из «желтого карлика» в «красного гиганта». Когда почти весь водород в солнечном ядре будет израсходован, ядро ​​сожмется и нагреется, увеличивая количество происходящего ядерного синтеза. Внешние слои солнца будут расширяться от этой дополнительной энергии.

Солнце расширится примерно в 200 раз по сравнению с текущим радиусом, поглотив Меркурий и Венеру.

Астрофизики спорят о том, расширится ли орбита Земли за пределы досягаемости Солнца или наша планета тоже будет поглощена Солнцем.

Когда солнце расширяется, оно распространяет свою энергию на большую площадь поверхности, что оказывает общее охлаждающее воздействие на звезду. Это охлаждение изменит видимый свет Солнца на красноватый цвет — красный гигант.

В конце концов, солнечное ядро ​​достигает температуры около 100 миллионов по шкале Кельвина (почти 100 миллионов градусов по Цельсию или 180 миллионов градусов по Фаренгейту), общепринятой научной шкале для измерения температуры. Когда он достигнет этой температуры, гелий начнет плавиться, образуя углерод, гораздо более тяжелый элемент. Это вызовет интенсивный солнечный ветер и другую солнечную активность, которая в конечном итоге сбросит все внешние слои Солнца. Фаза красных гигантов закончится. Останется только углеродное ядро ​​Солнца, и как «белый карлик» оно не будет создавать или излучать энергию.

Структура Солнца

Солнце состоит из шести слоев: ядра, радиационной зоны, конвективной зоны, фотосферы, хромосферы и короны.

Ядро

Солнечное ядро ​​ , более чем в тысячу раз больше Земли и более чем в 10 раз плотнее свинца, представляет собой огромную печь. Температура в ядре превышает 15,7 миллиона кельвинов (также 15,7 миллиона градусов по Цельсию или 28 миллионов градусов по Фаренгейту). Ядро простирается примерно на 25% радиуса Солнца.

Ядро — единственное место, где могут происходить реакции ядерного синтеза. Другие слои Солнца нагреваются от вырабатываемой там ядерной энергии. Протоны атомов водорода яростно сталкиваются и сливаются или соединяются вместе, образуя атом гелия.

Этот процесс, известный как цепная реакция PP (протон-протон), испускает огромное количество энергии. Энергия, выделяемая в течение одной секунды солнечного синтеза, намного больше, чем энергия, выделяемая при взрыве сотен тысяч водородных бомб.

Во время ядерного синтеза в ядре выделяются два типа энергии: фотоны и нейтрино. Эти частицы несут и излучают свет, тепло и энергию солнца. Фотоны — мельчайшие частицы света и других форм электромагнитного излучения. Нейтрино сложнее обнаружить, и на их долю приходится всего около двух процентов от общей энергии Солнца. Солнце постоянно излучает как фотоны, так и нейтрино во всех направлениях.

Радиационная зона

Радиационная зона Солнца начинается примерно с 25 процентов радиуса и простирается примерно до 70 процентов радиуса. В этой широкой зоне тепло от ядра резко остывает, с семи миллионов К до двух миллионов К.

В зоне излучения энергия передается в результате процесса, называемого тепловым излучением. Во время этого процесса фотоны, испущенные в ядре, проходят небольшое расстояние, поглощаются соседним ионом, высвобождаются этим ионом и снова поглощаются другим. Один фотон может продолжать этот процесс почти 200 000 лет!

Переходная зона: тахоклин

Между радиационной зоной и следующим слоем, конвективной зоной, находится переходная зона, называемая тахоклином. Эта область создана в результате дифференциального вращения Солнца.

Дифференциальное вращение происходит, когда разные части объекта вращаются с разной скоростью. Солнце состоит из газов, протекающих в разных слоях и на разных широтах по-разному. Например, экватор Солнца вращается намного быстрее, чем его полюса.

Скорость вращения солнца быстро меняется в тахоклине.

Конвективная зона

Примерно на 70% солнечного радиуса начинается конвективная зона. В этой зоне солнечная температура недостаточно высока для передачи энергии тепловым излучением. Вместо этого он передает тепло за счет тепловой конвекции через тепловые колонны.

Подобно воде, кипящей в горшке, или горячему воску в лавовой лампе, газы глубоко в конвективной зоне Солнца нагреваются и «кипятят» наружу, вдали от ядра Солнца, через тепловые столбы. Когда газы достигают внешних границ конвективной зоны, они остывают и погружаются обратно к основанию конвективной зоны, чтобы снова нагреться.

Фотосфера

 Фотосфера – это ярко-желтая видимая «поверхность» Солнца. Толщина фотосферы составляет около 400 километров (250 миль), а температура достигает около 6000 К (5700 ° C, 10 300 ° F).

В фотосфере видны тепловые столбы конвекционной зоны, бурлящие, как кипящая овсянка. В мощные телескопы вершины колонн выглядят как гранулы, скопившиеся на солнце. Каждая гранула имеет яркий центр, представляющий собой горячий газ, поднимающийся по тепловому столбу. Темные края гранул — это холодный газ, спускающийся обратно по колонне на дно конвективной зоны.

Хотя вершины термальных столбов выглядят как маленькие гранулы, их диаметр обычно превышает 1000 километров (621 милю). Большинство тепловых столбцов существуют от восьми до 20 минут, прежде чем они растворяются и образуют новые столбцы. Существуют также «супергранулы», которые могут иметь диаметр до 30 000 километров (18 641 милю) и сохраняться до 24 часов.

Солнечные пятна, солнечные вспышки и солнечные протуберанцы формируются в фотосфере, хотя и являются результатом процессов и нарушений в других слоях Солнца.

Фотосфера: Солнечные пятна

Солнечное пятно — это именно то, на что это похоже, — темное пятно на солнце. Солнечное пятно образуется, когда интенсивная магнитная активность в конвективной зоне разрывает тепловой столб. В верхней части разорванной колонны (видимой в фотосфере) температура временно понижена, потому что до нее не доходят горячие газы.

Фотосфера: Солнечные вспышки

Процесс образования солнечных пятен открывает связь между короной (самым внешним слоем солнца) и его внутренней частью. Солнечная материя выбрасывается из этого отверстия в образованиях, называемых солнечными вспышками. Эти взрывы являются массовыми: в течение нескольких минут солнечные вспышки высвобождают эквивалент около 160 миллиардов мегатонн в тротиловом эквиваленте, или около шестой части всей энергии, выделяемой Солнцем за одну секунду.

Облака ионов, атомов и электронов вырываются из солнечных вспышек и достигают Земли примерно через два дня. Солнечные вспышки и солнечные протуберанцы способствуют космической погоде, которая может вызвать возмущения в атмосфере и магнитном поле Земли, а также нарушить работу спутниковых и телекоммуникационных систем.

Фотосфера: корональные выбросы массы

Корональные выбросы массы (КВМ) — это еще один тип солнечной активности, вызванный постоянным движением и возмущениями в магнитном поле Солнца. CME обычно образуются вблизи активных областей солнечных пятен, корреляция между ними не доказана. Причина CME все еще изучается, и предполагается, что нарушения в фотосфере или короне приводят к этим сильным солнечным взрывам.

Фотосфера: солнечный протуберанец

Солнечные протуберанцы представляют собой яркие петли солнечного вещества. Они могут врываться далеко в корональный слой Солнца, расширяясь на сотни километров в секунду. Эти изогнутые и скрученные элементы могут достигать сотен тысяч километров в высоту и ширину и сохраняться от нескольких дней до нескольких месяцев.

Солнечные протуберанцы холоднее короны и выглядят как более темные нити на фоне солнца. По этой причине они также известны как нити.

Фотосфера: солнечный цикл

Солнце не постоянно испускает солнечные пятна и солнечные выбросы; он проходит через цикл около 11 лет. Во время этого солнечного цикла меняется частота солнечных вспышек. Во время солнечных максимумов может быть несколько вспышек в день. Во время солнечных минимумов их может быть меньше одного в неделю.

Солнечный цикл определяется магнитными полями Солнца, которые вращаются вокруг Солнца и соединяются на двух полюсах. Каждые 11 лет магнитные поля меняются местами, вызывая нарушение, которое приводит к солнечной активности и солнечным пятнам.

Солнечный цикл может влиять на климат Земли. Например, ультрафиолетовый свет Солнца расщепляет кислород в стратосфере и укрепляет защитный озоновый слой Земли. Во время солнечного минимума ультрафиолетовых лучей мало, а это означает, что озоновый слой Земли временно истончен. Это позволяет большему количеству ультрафиолетовых лучей проникать в атмосферу Земли и нагревать ее.

Солнечная атмосфера

Солнечная атмосфера — самая горячая область Солнца. Он состоит из хромосферы, короны и переходной зоны, называемой солнечной переходной областью, которая соединяет их.

Солнечная атмосфера затемнена ярким светом, излучаемым фотосферой, и ее редко можно увидеть без специальных инструментов. Только во время солнечных затмений, когда Луна движется между Землей и Солнцем и скрывает фотосферу, эти слои можно увидеть невооруженным глазом.

Хромосфера

Розовато-красная хромосфера имеет толщину около 2000 километров (1250 миль) и пронизана струями горячего газа.

В нижней части хромосферы, где она соприкасается с фотосферой, температура Солнца самая низкая, около 4400 К (4100°C, 7500°F). Эта низкая температура придает хромосфере розовый цвет. Температура в хромосфере увеличивается с высотой и достигает 25 000 К (25 000 ° C, 45 000 ° F) на внешней границе области.

Хромосфера испускает струи горящих газов, называемых спикулами, похожие на солнечные вспышки. Эти огненные струйки газа тянутся из хромосферы, как длинные пылающие пальцы; обычно они имеют диаметр около 500 километров (310 миль). Спикулы существуют всего около 15 минут, но могут достигать тысячи километров в высоту, прежде чем разрушиться и раствориться.

Область солнечного перехода

Область солнечного перехода (STR) отделяет хромосферу от короны.

Ниже STR слои солнца контролируются и остаются отдельными из-за гравитации, давления газа и различных процессов обмена энергией. Выше STR движение и форма слоев гораздо более динамичны. В них преобладают магнитные силы. Эти магнитные силы могут привести в действие солнечные явления, такие как корональные петли и солнечный ветер.

Состояние гелия в этих двух регионах также имеет отличия. Ниже STR гелий частично ионизирован. Это означает, что он потерял электрон, но еще остался. В районе СТО гелий поглощает немного больше тепла и теряет свой последний электрон. Его температура достигает почти одного миллиона К (один миллион ° C, 1,8 миллиона ° F).

Корона

Корона – это тонкий внешний слой солнечной атмосферы, который может простираться на миллионы километров в космос. Газы в короне сгорают при температуре около одного миллиона k (один миллион ° C, 1,8 миллиона ° F) и движутся со скоростью около 145 километров (90 миль) в секунду.

Некоторые частицы достигают убегающей скорости 400 километров в секунду (249 миль в секунду). Они избегают гравитационного притяжения Солнца и становятся солнечным ветром. Солнечный ветер дует от Солнца к краю Солнечной системы.

Другие частицы образуют корональные петли. Корональные петли — это всплески частиц, которые возвращаются к ближайшему солнечному пятну.

Вблизи полюсов Солнца находятся корональные дыры. Эти области холоднее и темнее, чем другие области Солнца, и пропускают некоторые из самых быстро движущихся частей солнечного ветра.

Солнечный ветер

 Солнечный ветер – это поток чрезвычайно горячих заряженных частиц, выбрасываемых из верхних слоев атмосферы Солнца. Это означает, что каждые 150 миллионов лет Солнце теряет массу, равную массе Земли. Однако даже при такой скорости потери Солнце потеряло лишь около 0,01% своей общей массы из-за солнечного ветра.

Солнечный ветер дует во всех направлениях. Он продолжает двигаться с этой скоростью около 10 миллиардов километров (шесть миллиардов миль).

Некоторые частицы солнечного ветра скользят через магнитное поле Земли и попадают в ее верхние слои атмосферы около полюсов. Когда они сталкиваются с атмосферой нашей планеты, эти заряженные частицы заставляют атмосферу светиться цветом, создавая полярные сияния, красочные световые представления, известные как северное и южное сияние. Солнечные ветры также могут вызывать солнечные бури. Эти бури могут мешать работе спутников и выводить из строя электрические сети на Земле.

Солнечный ветер наполняет гелиосферу, массивный пузырь заряженных частиц, который окружает Солнечную систему.

Солнечный ветер в конце концов замедляется вблизи границы гелиосферы, на теоретической границе, называемой гелиопаузой. Эта граница отделяет вещество и энергию нашей Солнечной системы от вещества соседних звездных систем и межзвездной среды.

Межзвездная среда — пространство между звездными системами. Солнечный ветер, пройдя миллиарды километров, не может выйти за пределы межзвездной среды.

Изучение Солнца

Солнце не всегда было предметом научных открытий и исследований. На протяжении тысячелетий солнце было известно в культурах всего мира как бог, богиня и символ жизни.

Для древних ацтеков солнце было могущественным божеством, известным как Тонатиу, которому для путешествия по небу требовались человеческие жертвы. В балтийской мифологии солнце было богиней по имени Сауле, которая приносила плодородие и здоровье. Китайская мифология считала солнце единственным оставшимся из 10 богов солнца.

В 150 году нашей эры греческий ученый Клавдий Птолемей создал геоцентрическую модель Солнечной системы, в которой Луна, планеты и Солнце вращались вокруг Земли. Только в 16 веке польский астроном Николай Коперник использовал математические и научные рассуждения, чтобы доказать, что планеты вращаются вокруг Солнца. Этой гелиоцентрической моделью мы и пользуемся сегодня.

В 17 веке телескоп позволил людям детально рассмотреть солнце. Солнце слишком яркое, чтобы мы могли изучать его незащищенными глазами. С помощью телескопа впервые стало возможным спроецировать четкое изображение солнца на экран для изучения.

Английский ученый сэр Исаак Ньютон использовал телескоп и призму, чтобы рассеять солнечный свет, и доказал, что солнечный свет на самом деле состоит из спектра цветов.

В 1800 году было обнаружено, что инфракрасный и ультрафиолетовый свет существуют за пределами видимого спектра. Оптический прибор, называемый спектроскопом, позволил разделить видимый свет и другое электромагнитное излучение на различные длины волн. Спектроскопия также помогла ученым идентифицировать газы в солнечной атмосфере — каждый элемент имеет свою собственную структуру длины волны.

Однако способ, которым солнце генерировало свою энергию, оставался загадкой. Многие ученые выдвинули гипотезу, что Солнце сжимается и излучает тепло в результате этого процесса.

В 1868 году английский астроном Джозеф Норман Локьер изучал электромагнитный спектр Солнца. Он наблюдал яркие линии в фотосфере, длина волны которых не соответствовала ни одному известному элементу на Земле. Он догадался, что на Солнце есть элемент, изолированный от Солнца, и назвал его гелием в честь греческого бога солнца Гелиоса.

В течение следующих 30 лет астрономы пришли к выводу, что у Солнца есть горячее ядро ​​под давлением, способное производить огромное количество энергии посредством ядерного синтеза.

Технологии продолжали совершенствоваться и позволили ученым открыть новые особенности Солнца. Инфракрасные телескопы были изобретены в 1960-х годах, и ученые наблюдали энергию за пределами видимого спектра. Астрономы двадцатого века использовали воздушные шары и ракеты, чтобы отправить специализированные телескопы высоко над Землей и исследовать Солнце без какого-либо вмешательства со стороны земной атмосферы.

Solrad 1  был первым космическим кораблем, предназначенным для изучения Солнца, и был запущен Соединенными Штатами в 1960 году. В то десятилетие НАСА отправило пять спутников Pioneer  на орбиту вокруг Солнца и собирает информацию о звезде.

В 1980 году НАСА запустило миссию во время солнечного максимума для сбора информации о высокочастотных гамма-лучах, ультрафиолетовых и рентгеновских лучах, испускаемых во время солнечных вспышек.

Солнечная и гелиосферная обсерватория ( SOHO ) был разработан в Европе и выведен на орбиту в 1996 году для сбора информации. SOHO успешно собирает данные и прогнозирует космическую погоду уже 12 лет.

«Вояджер-1»  и  2  – это космические корабли, направляющиеся к краю гелиосферы, чтобы узнать, из чего состоит атмосфера там, где солнечный ветер встречается с межзвездной средой. «Вояджер-1» пересек эту границу в 2012 году, а «Вояджер-2» – в 2018 году. Предполагается, что турбулентность конвективной зоны способствует солнечным волнам, которые непрерывно переносят солнечный материал во внешние слои солнца. Изучая эти волны, ученые больше узнают о недрах Солнца и причинах солнечной активности.

Энергия Солнца

Фотосинтез

Солнечный свет обеспечивает необходимый свет и энергию растениям и другим производителям в пищевой сети. Эти производители поглощают солнечное излучение и преобразуют его в энергию посредством процесса, называемого фотосинтезом.

Продуценты в основном растения (на суше) и водоросли (в водной среде). Они являются основой пищевой сети, и их энергия и питательные вещества передаются всем остальным живым организмам.

Ископаемое топливо

Фотосинтез также отвечает за все ископаемое топливо на Земле. Ученые подсчитали, что около трех миллиардов лет назад первые производители появились в водной среде. Солнечный свет позволил растениям развиваться и адаптироваться. После гибели растения разлагались и перемещались вглубь земли, иногда на тысячи метров. Этот процесс продолжался миллионы лет.

Под сильным давлением и высокими температурами эти останки превратились в то, что мы знаем как ископаемое топливо. Эти микроорганизмы превратились в нефть, природный газ и уголь.

Люди разработали процессы извлечения этих ископаемых видов топлива и использования их для получения энергии. Однако ископаемое топливо является невозобновляемым ресурсом. На их формирование уходят миллионы лет.

Технология солнечной энергии

Технология солнечной энергии использует солнечное излучение и преобразует его в тепло, свет или электричество.

Солнечная энергия – это возобновляемый ресурс, и многие технологии могут собирать ее непосредственно для использования в домах, на предприятиях, в школах и больницах. Некоторые технологии солнечной энергетики включают солнечные элементы и панели, солнечные тепловые коллекторы, солнечное тепловое электричество и солнечную архитектуру.

Фотогальваника использует солнечную энергию для ускорения электронов в солнечных батареях и выработки электроэнергии. Эта форма технологии широко используется и может обеспечивать электроэнергией сельские районы, крупные электростанции, здания и небольшие устройства, такие как парковочные счетчики и прессы для мусора.

Энергия солнца также может быть использована с помощью метода, называемого «концентрированной солнечной энергией», при котором солнечные лучи отражаются и усиливаются зеркалами и линзами. Усиленный луч солнечного света нагревает жидкость, которая создает пар и приводит в действие электрический генератор.

Солнечную энергию также можно собирать и распределять без использования машин или электроники. Например, крыши могут быть покрыты растительностью или окрашены в белый цвет, чтобы уменьшить количество тепла, поглощаемого зданием, тем самым уменьшая количество электроэнергии, необходимой для кондиционирования воздуха. Это солнечная архитектура.

Солнечного света в избытке: за один час атмосфера Земли получает достаточно солнечного света, чтобы удовлетворить потребности всех людей в электричестве в течение года. Однако солнечная технология стоит дорого, и ее эффективность зависит от солнечной и безоблачной местной погоды. Методы использования солнечной энергии все еще разрабатываются и совершенствуются.

Краткий факт

Подобно алмазу в небе
Белые карлики состоят из кристаллизованного углеродного алмаза. Типичный белый карлик весит около 10 миллиардов триллионов триллионов каратов. Примерно через 5 миллиардов лет, говорит Трэвис Меткалф из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики, «Наше Солнце превратится в алмаз, который действительно будет вечным».

Краткий факт

Солнечная постоянная
Солнечная постоянная — это среднее количество солнечной энергии, достигающей атмосферы Земли. Солнечная постоянная составляет около 1,37 киловатта электроэнергии на квадратный метр.

Краткий факт

Solarmax
2013 год принесет следующий солнечный максимум (solarmax), период, который, по словам астрономов, принесет больше солнечных вспышек, корональных выбросов массы, солнечных бурь и полярных сияний.

Краткий факт

Солнце — самое одинокое число
Солнце находится довольно изолированно, на внутреннем крае Рукава Ориона Млечного Пути. Ближайший звездный сосед, красный карлик по имени Проксима Центавра, находится на расстоянии около 4,24 световых года.

Быстрый факт

Солнечные дни в космических агентствах
НАСА и другие космические агентства проводят более дюжины гелиофизических миссий, которые изучают солнце, гелиосферу и окружающие планеты как единую взаимосвязанную систему.