lecture-10
.pdf
Гипотезы о внутреннем строении газовых планет предполагают наличие у них нескольких слоёв. На глубине около 20 тыс. км давление в атмосферах планет-гигантов должно достигать высоких значений, достаточных для перехода водорода из газообразного в жидкое состояние. Если планета достаточно велика, то ещё ниже (50 тыс. км) может размещаться слой металлического водорода, электротоки в котором порождают мощное магнитное поле планеты (Юпитер). Предполагается, что газовые планеты имеют также относительно небольшое каменное или металлическое ядро радиусом около 10 тыс. км.
Малые тела Солнечной системы — карликовые планеты, астероиды, кометы — в основном расположены либо в поясе астероидов между орбитами Марса и Юпитера, либо за орбитой Нептуна в поясе Койпера.
Главный пояс астероидов — скопление небольших планетоподобных небесных тел, в основном, каменистых или металличных по составу, расположенное между орбитами Марса и Юпитера. Самым крупным астероидом в Солнечной системе считалась Церера, имеющая размеры приблизительно 1000 км, однако с 24 августа 2006 года она получила статус карликовой планеты.
Пояс Койпера подобен поясу астероидов, однако намного больше него. В нем расположено большое количество малых тел Солнечной Системы (реликтов времён образования Солнечной системы, комет), а также как минимум три карликовых планеты: Плутон, Хаумеа и Макемаке. В отличие от пояса астероидов, тела пояса Койпера состоят в основном из замерзших газов и водяного льда.
Солнце – ближайшая звезда.
Солнце принадлежит к классу небесных тел, называемых звездами – т.е. это огромный шар горячей плазмы, чья температура поддерживается за счет термоядерных реакций. Оно является центром нашей планетной системы, а также является ее крупнейшим телом. Его радиус в 109 раз, а масса – в 330 000 раз больше массы Земли. В то же время его средняя плотность всего в 1,4 раза больше плотности воды. Полная мощность излучаемой Солнцем энергии составляет L = 3,86•1026Вт. Это соответствует 6,5 кВт с каждого квадратного сантиметра его поверхности. Земля получает лишь 0,5•10-9 этой энергии.
Еще Галилей наблюдал вращение Солнца по движению пятен на его поверхности. Различные зоны Солнца вращаются вокруг оси с различными периодами – от 25 суток на экваторе до 30 суток вблизи полюсов. Это доказывает, что Солнце вращается не как твердое тело, скорость вращения точек на поверхности Солнца уменьшается от экватора к полюсам.
Солнце излучает весьма широкий спектр электромагнитных волн – начиная с радиоволн и заканчивая рентгеновским излучением. При этом большая часть энергии выделяется в инфракрасном и оптическом диапазонах, а максимум интенсивности приходится на область длин волн 430–500 нм. Исследования спектра излучения Солнца позволили установить его химический состав. Примерно на ¾ Солнце состоит из водорода и на ¼ из гелия. На другие элементы приходится менее 1% его массы. Тем не менее, их роль в формировании солнечного спектра является весьма заметной, поскольку именно за счет примесей в нем появляются как линии поглощения, так и линии эмиссии.
Природа источников энергии Солнца долгое время оставалась под вопросом. Рассматривались разные теории, в том числе, о разогреве за счет сжатия под действием собственного тяготения (Кельвин и Гельмгольц) и радиоактивного разогрева (Джинс). В 1935 году Ханс Бете выдвинул гипотезу (Нобелевская премия 1967 года), что источником солнечной энергии может быть термоядерная реакция превращения водорода в гелий.
В центральных областях Солнца при температуре порядка 107 К и давлении порядка 1011 атм становится возможной цепочка протон-протонных взаимодействий, в результате которых образуются ядра гелия. Причиной выделения энергии служит так называемый дефект массы, возникающий при слиянии нескольких частиц в одну – ее масса оказывается меньше суммы масс исходных частиц. Согласно теории относительности появление этого дефекта должно быть скомпенсировано путем выделения эквивалентного количества энергии (1,442 МэВ) в виде квантов γ-излучения. Некоторую часть энергии также уносят нейтрино.
Внешние, наблюдаемые слои Солнца называются его атмосферой. Именно их излучение непосредственно достигает наблюдателя.
Солнечная атмосфера, в свою очередь, также состоит из трех основных слоев – фотосферы, хромосферы и короны.
Почти вся излучаемая Солнцем энергия исходит из фотосферы, из-за чего ее температура постепенно уменьшается с 8000К до 4500K. С увеличением высоты температура снова начинает расти, и начинается следующая часть атмосферы – хромосфера.
Там, где температура увеличивается почти до 106 К, хромосфера переходит в солнечную корону – горячую плазму, расширяющуюся в межпланетное пространство в виде так называемого солнечного ветра.