Жизненный цикл[]
Солнце является молодой звездой третьего поколения (популяции I) с высоким содержанием металлов, то есть оно образовалось из останков звёзд первого и второго поколений (соответственно популяций III и II).
Текущий возраст Солнца (точнее — время его существования на главной последовательности), оценённый с помощью компьютерных моделей звёздной эволюции, равен приблизительно 4,57 млрд лет.
Считается, что Солнце сформировалось примерно 4,59 млрд лет назад, когда быстрое сжатие под действием сил гравитации облака молекулярного водорода привело к образованию в нашей области Галактики звезды первого типа звёздного населения.
Звезда такой массы, как Солнце, должна существовать на главной последовательности в общей сложности примерно 10 млрд лет. Таким образом, сейчас Солнце находится примерно в середине своего жизненного цикла. На современном этапе в солнечном ядре идут термоядерные реакции превращения водорода в гелий. Каждую секунду в ядре Солнца около 4 млн тонн вещества превращается в лучистую энергию, в результате чего генерируется солнечное излучение и поток солнечных нейтринов.
Масса Солнца недостаточна для того, чтобы его эволюция завершилась взрывом сверхновой. Вместо этого, согласно существующим представлениям, через 4—5 млрд лет оно превратится в красный гигант. По мере того, как водородное топливо в ядре будет выгорать, его внешняя оболочка будет расширяться, а ядро — сжиматься и нагреваться. Примерно через 7,8 млрд лет, когда температура в ядре достигнет приблизительно 100 млн К, в нём начнётся термоядерная реакция синтеза углерода и кислорода из гелия. На этой фазе развития температурные неустойчивости внутри Солнца приведут к тому, что оно начнёт терять массу и сбрасывать оболочку. По-видимому, расширяющиеся внешние слои Солнца в это время достигнут современной орбиты Земли. При этом исследования показывают, что ещё до этого момента потеря Солнцем массы приведёт к тому, что Земля перейдёт на более далёкую от Солнца орбиту и, таким образом, избежит поглощения внешними слоями солнечной плазмы.
Несмотря на это, вся вода на Земле перейдёт в газообразное состояние, а её атмосфера будет сорвана сильнейшим солнечным ветром. Увеличение температуры Солнца в этот период таково, что в течение следующих 500—700 млн лет поверхность Земли будет слишком горяча для того, чтобы на ней могла существовать жизнь в её современном понимании. По мнению профессора Дж. Кастинга, исчезновение жизни из-за повышения температуры, вследствие увеличения яркости Солнца.
После того как Солнце пройдёт фазу красного гиганта, термические пульсации приведут к тому, что его внешняя оболочка будет сорвана, и из неё образуется планетарная туманность. В центре этой туманности останется сформированный из очень горячего ядра Солнца белый карлик, который в течение многих миллиардов лет будет постепенно остывать и угасать. Данный жизненный цикл считается типичным для звёзд малой и средней массы.
Общие сведения[]
Солнце принадлежит к первому типу звёздного населения. Одна из распространённых теорий возникновения Солнечной системы предполагает, что её формирование было вызвано взрывами одной или нескольких сверхновых звёзд. Это предположение основано, в частности, на том, что в веществе Солнечной системы содержится аномально большая доля золота и урана, которые могли бы быть результатом эндотермических реакций, вызванных этим взрывом, или ядерного превращения элементов путём поглощения нейтронов веществом массивной звезды второго поколения.
Земля и Солнце (фотомонтаж с сохранением соотношения размеров)
Излучение Солнца — основной источник энергии на Земле. Его мощность характеризуется солнечной постоянной — количеством энергии, проходящей через площадку единичной площади, перпендикулярную солнечным лучам. На расстоянии в одну астрономическую единицу (то есть на орбите Земли) эта постоянная равна приблизительно 1370 Вт/м².
Проходя сквозь атмосферу Земли, солнечное излучение теряет в энергии примерно 370 Вт/м², и до земной поверхности доходит только 1000 Вт/м² (при ясной погоде и когда Солнце находится в зените). Эта энергия может использоваться в различных естественных и искусственных процессах. Так, растения, используя её посредством фотосинтеза, синтезируют органические соединения с выделением кислорода. Прямое нагревание солнечными лучами или преобразование энергии с помощью фотоэлементов может быть использовано для производства электроэнергии (солнечными электростанциями) или выполнения другой полезной работы. Путём фотосинтеза была в далёком прошлом получена и энергия, запасённая в нефть|нефти и других видах ископаемого топлива.
Сравнительные размеры Солнца при наблюдении из окрестностей хорошо известных тел Солнечной системы
Ультрафиолетовое излучение Солнца имеет антисептики|антисептические свойства, позволяющие использовать его для дезинфекция|дезинфекции вода|воды и различных предметов. Оно также вызывает загар и имеет другие биологические эффекты — например, стимулирует производство в организме витамина D. Воздействие ультрафиолетовой части солнечного спектра сильно ослабляется озоновым слоем в земной атмосфере, поэтому интенсивность ультрафиолетового излучения на поверхности Земли сильно меняется с широтой. Угол, под которым Солнце стоит над горизонтом в полдень, влияет на многие типы биологической адаптации — например, от него зависит цвет кожи человека в различных регионах земного шара.
Наблюдаемый с Земли путь Солнца по небесной сфере изменяется в течение года. Путь, описываемый в течение года той точкой, которую занимает Солнце на небе в определённое заданное время, называется аналеммой и имеет форму цифры 8, вытянутой вдоль оси север — юг. Самая заметная вариация в видимом положении Солнца на небе — его колебание вдоль направления север — юг с амплитудой 47° (вызванное наклоном плоскости эклиптики к плоскости небесного экватора, равным 23,5°). Существует также другая компонента этой вариации, направленная вдоль оси восток — запад и вызванная увеличением скорости орбитального движения Земли при её приближении к перигелию и уменьшением — при приближении к афелию. Первое из этих движений (север — юг) является причиной смены времён года.
Земля проходит через точку афелия в начале июля и удаляется от Солнца на расстояние 152 млн км, а через точку перигелия — в начале января и приближается к Солнцу на расстояние 147 млн км. Видимый диаметр Солнца между этими двумя датами меняется на 3 %. Поскольку разница в расстоянии составляет примерно 5 млн км, то в афелии Земля получает примерно на 7 % меньше тепла. Таким образом, зимы в северном полушарии немного теплее, чем в южном, а лето немного прохладнее.
Солнце — магнитоактивная звезда. Она обладает сильным магнитным полем, напряжённость которого меняется со временем и которое меняет направление приблизительно каждые 11 лет, во время солнечного максимума. Вариации магнитного поля Солнца вызывают разнообразные эффекты, совокупность которых называется солнечной активностью и включает в себя такие явления, как солнечные пятна, солнечные вспышки, вариации солнечного ветра и т. д., а на Земле вызывает полярные сияния в высоких и средних широтах и геомагнитные бури, которые негативно сказываются на работе средств связи, средств передачи электроэнергии, а также негативно воздействует на живые организмы (вызывают головную боль и плохое самочувствие у людей, чувствительных к магнитным бурям). Предполагается, что солнечная активность играла большую роль в формировании и развитии Солнечной системы. Она также оказывает влияние на структуру земной атмосферы.
Гелиоцентрическая теория побеждает
Теория Коперника была не идеальной и не окончательной. Кроме борьбы за существование, теория должна была ответить на множество вопросов, а также исправить недочеты. Например, Коперник считал, что каждое небесное тело имеет свою сферу движения, переход через которую невозможен.
В 1577 году в небе долгое время был заметен хвост кометы, получившей название “Большая комета 1577”. Датский астроном Тихо Браге наблюдая за ней и тем, как она пересекает “сферы” Марса и Венеры понял, что Коперник не во всем был прав. Позже уже немецкий астроном Иоганн Кеплер смог вывести законы движения планет.
В конце XVI века ученый из Италии Джордано Бруно активно поддерживал теорию Коперника и даже шагнул дальше. Он выдвинул идею бесконечности Вселенной, что звезды на небе — это тоже Солнце, только в других системах. Католическая церковь обвинила его в ереси и в 1600 году Бруно сожгли на костре.
Казнь Джордано Бруно / Samir Rakhmanov / samirrakhmanov.artstation.com
В начале XVII века итальянский ученый Галилео Галилей изобрел телескоп и издал книгу “Диалог о двух системах”, защищая теорию Коперника. Примечательно, что ее он издал не на латыни, а на итальянском, что усиливало конфликт с католической церковью. В 1633 году Галилей был арестован, подвергался пыткам.
Вскоре он отказался от своих взглядов и приговор инквизиции был менее суровым: “склонен к ереси”. Это спасло Галилео от костра. Когда ученый умер в 1643 году, то Папа Римский запретил не только хоронить его в семейном склепе, но и поставить Галилею памятник.
Уже во второй половине XVII века благодаря математикам и физикам Декарту и Ньютону удалось отстоять право гелиоцентрической теории на существование. Лишь в 1822 году католическая церковь сняла запрет на идеи Коперника и его последователей. Гелиоцентрическая теория победила.
Иллюстрация гелиоцентрической системы мира из атласа Андреаса Целлариуса
Сегодня наблюдая за звездами, облаками или другими небесными телами мы четко представляем себе модель в космосе: Земля вращается вокруг своей оси, Луна вокруг нас, мы (как и другие планеты и их спутники) вокруг Солнца, оно вокруг Галактики и так далее…
Чтобы представление о космосе было именно таким, науке пришлось бороться за свои идеи. Коперник положил начало великим открытиям, а другие ученые отдали жизни и здоровье за то, чтобы в науке победил здравый смысл.
Солнце как термоядерный реактор
Каждый день мы смотрим на солнце, но едва ли понимаем, с чем имеем дело! На самом деле наше светило — это огромный термоядерный реактор, и его масса в 333 000 раз больше массы Земли. Температура на поверхности этого гигантского плазменного шара — около 5772 К, а температура ядра достигает 13 млн °С! Солнечная плазма постоянно курсирует от горячего ядра к более холодной поверхности светила. Этот эффект называется конвекцией. При этом плазма обладает хорошей электропроводностью, близкой к электропроводности металлов, поэтому, благодаря ее движению, создается магнитное поле. Это магнитное поле неоднородно и изменчиво.
«У Солнца, как у периодической звезды, есть циклы активности: примерно раз в 11 лет у нас наблюдается так называемый максимум солнечной активности, когда интенсивность магнитного поля Солнца повышена, на нем много пятен, а пятна — это области с несколько бóльшим магнитным полем», — объясняет Анатолий Петрукович, директор Института космических исследований РАН.
Планеты-гиганты
Рисунок 2. Планеты-гиганты. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Юпитер.
Впервые Юпитер был исследован с близкого расстояния в 1973 году с помощью советского зонда «Пионер-10»
Важное значение для изучения Юпитера имели и полёты американских аппаратов «Вояджер», осуществляемые в 1970-е годы
Из современных исследований отметим такой факт. В 2017 году команда американских астрономов, во главе с Скоттом С. Шеппардом, занимаясь поисками потенциальной девятой планеты за пределами орбиты Плутона случайно обнаружили новые луны у Юпитера. Таких лун оказалось 12. В итоге количество спутников Юпитера увеличилось до 79.
Сатурн.
В 1979 году космический аппарат «Пионер -11» исследуя окрестности Сатурна, смог обнаружить новое кольцо у планеты, измерить температуру атмосферы и выявить границы магнитосферы самой планеты.
В 1980 г. аппарат «Вояджер-1» передал впервые ясные снимки колец Сатурна. Из этих снимков стало ясно, что кольца Сатурна состоят из тысяч отдельных узких колечек. Также было найдено 6 новых спутников Сатурна.
Наибольший вклад в изучение планеты гиганта внёс космический аппарат «Кассини», проработавший на орбите Сатурна с 2004 по 2017 год. С помощью его удалось установить, в частности, из чего состоит верхняя атмосфера Сатурна и особенности ее химического взаимодействия с материалами, которые поступают от колец.
Уран.
Планета Уран была открыта в 1781 году астрономом В. Гершелем. Уран является ледяным гигантом.
В 1977 году удалось обнаружить, что у Урана также есть свои кольца.
Замечание 1
Единственным космическим аппаратом Земли, побывавшим вблизи Урана, является «Вояджер-2» который пролетел мимо него ещё в 1986 году. Он сфотографировал планету, нашёл 2 новых кольца и 10 новых спутников Урана.
Нептун.
Нептун является планетой-гигантом и первой планетой, открытой с помощью математических вычислений.
Единственным пока аппаратом, побывавшим там, является «Вояджер -2». Он прошёл около Нептуна в 1989 году, что позволило увидеть некоторые детали атмосферы планеты, а также гигантский антициклон, размером с Землю в южном полушарии.
Космический аппарат «Кассини-Гюйгенс»
Программа «Кассини-Гюйгенс» по исследованию Сатурна стала самым масштабным совместным проектом НАСА и Европейского космического агентства.
Сборка спускаемого аппарат «Гюйгенс»
Станция весом почти 2,5 тонны стартовала в октябре 1997 г. и по очень длинной траектории отправилась к Сатурну. Она должна была стать первым искусственным спутником этой планеты и провести исследования, сходные с программой АМС «Галлилей» у Юпитера. Летом 2004 г. стация вышла на орбиту Сатурна, а в декабре от нее отделился СА «Гюйгенс» и отправился на Титан. Самый большой спутник Сатурна представлял для ученых особенный интерес. Они знали, что на Титане есть плотная атмосфера и хотели исследовать ее. Аппарат «Гюйгенс» превзошел все ожидания своих создателей. Он успешно пережил спуск в атмосфере, 14 января 2005 г. совершил мягкую посадку на «континенте» Ксанаду и передавал данные до тех пор, пока «Кассини» оставался в зоне видимости его антенн.
Ученые получили огромное количество информации, в том числе и фотографии поверхности Титана, состоящей главным образом из водяного льда. Температура на спутнике, постоянно орошаемом метановыми дождями, оказалась -179 °С. Крупные массивы суши спутника перемежались метановыми озерами. Но, признаков жизни на Титане пока обнаружено не было. Станция «Кассини» продолжает свой полет у Сатурна, она несколько раз сближалась с Энцеладом и другими спутниками этой планеты. В конце 2017 г. «Кассини» сойдет с орбиты и направится в атмосферу Сатурна, до самого конца передавая на Землю данные о ее свойствах и составе.
Жизнь на Титане
Ученые получили в распоряжение к огромное количество информации, в том числе и фотографии поверхности Титана, состоящей главным образом из водяного льда. Температура на спутнике, постоянно орошаемом метановыми дождями, оказалась ±179 °C. Крупные массивы суши на небесном теле, размеры которого превышают Меркурий, перемежаются метановыми озерами. Несмотря на то, что прямых следов жизни на Титане пока не обнаружено, исследователи считают, что там могут обитать простейшие организмы.
Фотография поверхности Титана, выполненная АМС «Кассини-Гюйгенс»
«Тигровые полосы» и жизнь на Энцеладе
Станция «Кассини» обнаружила на спутнике Сатурна Энцеладе горячие гейзеры. Из-под ледяной поверхности спутника через трещины («тигровые полосы») далеко в космос вырываются струи горячего водяного пара. Оказалось, что там подо льдом есть океан жидкой воды. В НАСА считают, что Энцелад — наиболее пригодное место для жизни в нашей системе после Земли.
Астроном Дж. Д. Кассини
Как возникают солнечные вспышки?
Сильные магнитные поля затормаживают движения плазмы от ядра к поверхности: она остывает быстрее, в результате солнечные пятна примерно на 1200 °С холоднее, чем окружающие их участки. Поэтому они и кажутся нам темными, хотя все равно излучают яркий свет. Именно солнечные пятна являются областями наибольшей активности на Солнце. Если пятен появляется много, магнитные линии, проходящие внутри одной группы пятен, могут соединиться с магнитными линиями из другой группы пятен, имеющими противоположную полярность. Видимым результатом этого процесса является солнечная вспышка — выброс огромного количества плазмы в космическое пространство.
«Вспышка — это взрыв на Солнце. Причем взрыв колоссальной мощности, когда выделяется энергия, равная употреблению энергии человечеством за 10 млн лет! Такая энергия выделяется за 10 секунд. И вот даже на том огромном расстоянии, на котором Земля удалена от Солнца (150 млн км), последствия такого мощного взрыва, к сожалению, ощущаются», — говорит Сергей Богачев, главный научный сотрудник лаборатории «Рентгеновская астрономия Солнца» Физического института им. П. Н. Лебедева РАН.
Одно из последствий вспышек на Солнце — солнечная радиация. В околоземное пространство прилетают заряженные частицы: протоны и ионы гелия. Они представляют серьезную угрозу для космонавтов. Например, в 1972 году, когда американские астронавты высаживались на Луну, произошла мощная вспышка на Солнце. Если бы экипаж «Аполлона» не разминулся с потоком заряженных частиц, астронавты могли бы погибнуть от лучевой болезни. К счастью, с тех пор технологии шагнули далеко вперед и в наши дни экипаж МКС гораздо лучше защищен от солнечной радиации.
А вот обезопасить космическую технику от солнечной радиации до сих пор не удается в полной мере. Потоки заряженных частиц периодически выводят из строя космические аппараты и в первую очередь электронику спутников и бортовые аппараты. Ионизуя атмосферу Земли, заряженные частицы сказываются даже на качестве радиосвязи.
Сергей Богачев отмечает: «Современная микросхема при попадании в нее тяжелого иона выходит из строя гарантированно. Если такие ионы проходят потоками через спутник, вероятность уцелеть для него крайне слаба. Защита здесь в принципе невозможна. Выход из строя спутников — это событие очень серьезного плана. Заменить вышедший из строя спутник ни за день, ни за год невозможно. А если такие жизненно важные спутники выйдут из строя десятками или сотнями, на их замену потребуются десятилетия».
Дождь
Дождь – вид атмосферных осадков. Он представляет собой воду, образующуюся вследствие конденсации водяного пара в облаках смешанного типа и выпадающую на землю в форме жидких капель.
В доисторический период люди этого не знали – они пытались объяснить природное явление божественным промыслом, рукой провидения. С происхождением дождя тоже связаны удивительные легенды.
Одна из них повествует о периоде, когда на земле не было жизни – поверхность была гористой и холмистой, без водоемов, растений, животных. Облака из толщи льда покрывали землю плотным покрывалом.
Однажды появилось солнце и игриво запрыгало по облакам. В одном месте появилась маленькая проталина – солнце заглянуло в нее и ужаснулось сырости и холоду. Тогда оно решило согреть проталину своими лучами.
Проталина постепенно отогревалась и оттаивала, а из земли появились первые ростки. Облака таяли и дальше, затапливая поверхность. Тогда солнце высушило землю, подняв капли в небо.
Затем уже вода распределилась между океанами, морями и другими водоемами. А чтобы почва не высохла и все живое не погибло, небо периодически проливает живительную влагу в виде дождя.
Сложно представить, но еще пару столетий назад люди собирали дождевую воду, мыли волосы, купались, готовили еду, пили ее и свято верили в ее целительную силу.
НАСА исследует Меркурий
Поскольку Меркурий является одним из самых труднодостижимых объектов нашей системы, чтобы пролететь к нему с околоземной орбиты, необходимо погасить значительную часть орбитальной скорости Земли при помощи гравитационного маневра у Венеры.
Все эти сложности привели к тому, что за все время космических исследований к казалось бы близкой планете с Земли было отправлено всего две станции, которые в пути исследовали Венеру. В 1973 г. стартовал зонд НАСА «Маринер-10», последний в целой серии одноименных автоматических станций, изучавших планеты Солнечной системы. Выполнив гравитационный маневр у Венеры, АМС в марте 1974 года в первый раз пролетела мимо Меркурия, передав на Землю первые фотографии этой планеты. «Маринер-10» совершал пролет мимо планеты еще дважды, осенью того же года и в 1975 году, проведя фотосъемку 40 % ее поверхности. Так ученые узнали, что внешне Меркурий очень похож на Луну — его поверхность была покрыта глубокими кратерами. «Маринер-10» выяснил, что Меркурий почти лишен атмосферы, днем его поверхность разогревается до 180 °С, а ночью остывает до — 180 оС. Тем не менее, этот мир оставался одним из самых малоизученных среди планет нашей системы.
Фотография поверхности планеты Меркурий, выполненная космической станцией «Маринер-10»
Спустя 30 лет НАСА отправило к этой планете АМС «Мессенджер», которая после трех пролетов мимо планеты вышла на меркурианскую орбиту в 2011 г. и оставалась там свыше 4 лет. В течение первого года работы станция полностью картографировала Меркурий. «Мессенджер» тщательно изучил химический состав планеты, поверхность которой, как оказалось, днем может разогреваться до 430 оС. Тем не менее, ученые предполагают, что в глубоких кратерах, куда не проникает солнечный свет, может сохраняться лед, т.е. на Меркурии может быть вода.
В 2018 г. к Меркурию отправится совместная европейско-японская станция «Бепи-Коломбо».
Мумификация умерших
Согласно египетским верованиям, судьба человеческой души зависит от того, как человек жил на земле, после смерти каждая душа представала перед судом Осириса (богом подземного мира), который решал, будет ли душа жить вечно в постоянном благословении и удовольствии или нет.
Важным фактором, дающим душе надежду на вечное счастье, был тот факт, что тело умершего было сохранено для бессмертной души — отсюда и практика мумификации трупов. Геродот в своих работах упоминал три способа бальзамирования тел: только фараон мог позволить себе самый дорогой способ, и даже низший слуга мог позволить себе самое дешевое бальзамирование. Процесс бальзамирования проходил в следующем порядке:
- Трупы тщательно мылись,
- Мозг извлекался из черепа с помощью металлического крючка,
- Специальным ножом вскрывалась брюшная полость, внутренние органы удалялись, затем они помещались в отдельных вазах,
- Тело подвергалось засолке в течение одного месяца,
- Тело подвергалось сушке в течение семидесяти дней.
Мумифицированное тело должно было быть похоронено в специальном саркофаге в сидячем положении со скрещенными на груди рукам. Мужчины после смерти должны были быть подстрижены, а волосы женщин оставляли той же длины, как они носили при жизни. В случае повреждения тело восстанавливали глиной, песком, смолой и опилками. Бальзамирование заканчивалось обертыванием тела в ткани, пропитанные благовониями и смолами.
