Солнце является центром Солнечной системы и источником всей жизни и энергии здесь, на Земле. На его долю приходится более 99,86% массы Солнечной системы, и его гравитация доминирует над всеми планетами и объектами, которые вращаются вокруг него. С самого начала истории люди понимали важность Солнца для нашего мира, его времён года, суточного цикла и жизненного цикла растений.
Из-за этого Солнце было в центре мифологий и систем поклонения многих древних культур. От ацтеков, майя и инков до древних шумеров, египтян, греков, римлян и друидов Солнце было центральным божеством, потому что оно считалось носителем всего света и жизни. Со временем наше понимание Солнца изменилось и стало все более эмпирическим. Но это ничуть не уменьшило его значения.
Солнце — звезда главной последовательности G-типа, составляющая около 99,86% массы Солнечной системы. Солнце имеет абсолютную звездную величину +4,83, что, по оценкам, ярче примерно 85% звезд Млечного Пути, большинство из которых являются красными карликами. При диаметре 696 342 ± 65 км и массе примерно 1,988 × 1030 кг (1,9 триллиона квадриллионов метрических тонн) Солнце в 109 раз больше Земли и в 333 000 раз массивнее.
Будучи звездой, плотность Солнца значительно различается между его внешними слоями и ядром. В среднем его плотность составляет 1,408 г/см3, что составляет примерно четверть плотности Земли. Однако по оценкам моделей Солнца его плотность ближе к ядру составляет 162,2 г/см3, что в 12,4 раза больше, чем у Земли.
Хотя наше Солнце кажется жёлтым, на самом деле оно белое. Он просто кажется желтым из-за влияния атмосферы. Наше Солнце ярче, чем большинство других звёзд в галактике (которые также являются красными карликами), и только около 5% звёзд Млечного Пути больше Солнца. Солнце входит в группу звёзд Население I, которая описывает яркие, горячие и молодые звёзды, которые обычно находятся в спиральных рукавах галактик.
Оценки температуры Солнца также меняются по мере приближения к его ядру. По оценкам, в центре температура достигает 15,7 миллиона К (15 699 726,85 миллиона ° C / 28 259 540,33 миллиона ° F), в то время как в Короне температура составляет около 5 миллионов К (4 999 726,85 ° C / 8 999 540,33 ° F). Поверхность (фотосфера) достигает эффективной температуры 5778 К (5504,85 ° C / 9940,73 ° F).
Поскольку Солнце состоит из плазмы, оно обладает сильными магнитными свойствами. У него есть северный и южный магнитные полюса, как у Земли, и линии магнитного поля создают активность, которую мы наблюдаем на поверхности. Более тёмные солнечные пятна — более холодные области, которые существуют в течение нескольких месяцев и сильно различаются по размеру — образуются, когда линии магнитного поля проходят через фотосферу Солнца. Солнечные пятна появляются циклично, а иногда их вообще не видно.
Корональные выбросы массы и солнечные вспышки происходят, когда эти силовые линии магнитного поля ломаются и перестраиваются. Количество активности на Солнце повышается и падает в течение 11-летнего цикла. В нижней точке, называемой солнечным минимумом, солнечных пятен почти нет. И тогда в высшей точке цикла, солнечном максимуме, больше всего солнечных пятен и наибольшая солнечная активность.
Солнце, безусловно, является самым ярким объектом на небе с видимой величиной -26,74, что примерно в 13 миллиардов раз ярче следующей по яркости звезды (Сириуса, видимая величина которого составляет -1,46). Среднее расстояние от Солнца до Земли составляет примерно 1 астрономическую единицу или а.е. (150 000 000 км/93 000 000 миль), хотя оно меняется из-за изменений орбиты Земли.
На этом среднем расстоянии свет проходит от Солнца до Земли примерно за 8 минут 19 секунд. Энергия этого солнечного света поддерживает почти всю жизнь на Земле посредством фотосинтеза и определяет климат и погоду Земли.
Солнцу требуется около 1 месяца, чтобы сделать один оборот вокруг своей оси; однако это приблизительная оценка, поскольку Солнце представляет собой шар из плазмы. Недавний анализ показал, что скорость вращения ядра выше, чем у внешних слоев Солнца. Во внешних слоях, вблизи экватора, он совершает оборот примерно раз в 25,4 дня; тогда как ближе к полюсам для совершения одного оборота требуется до 36 дней.
Текущий научный консенсус заключается в том, что Солнце образовалось около 4,57 миллиарда лет назад в результате коллапса части гигантского молекулярного облака, состоявшего в основном из водорода и гелия, и, вероятно, породило множество других звезд. Когда один из фрагментов облака разрушился, он также начал вращаться (из-за сохранения углового момента) и нагреваться с ростом давления.
Большая часть массы сконцентрировалась в центре, тогда как остальная часть сплющилась в диск, который в конечном итоге сросся, сформировав планеты и другие тела Солнечной системы. Гравитация и давление в ядре облака генерировали много тепла, поскольку оно аккрецировало больше материи из окружающего диска, что в конечном итоге вызвало ядерный синтез.
Из этого грандиозного взрыва образовалось Солнце.
Солнце в настоящее время находится в фазе своей главной последовательности, которая характеризуется продолжающимся производством тепловой энергии посредством ядерного синтеза. В настоящее время более четырех миллионов тонн вещества преобразуется в энергию в ядре, производя нейтрино и солнечное излучение. С такой скоростью Солнце преобразовало в энергию 200-кратную массу нашей Земли (около 0,03% своей общей массы).
Солнце становится горячее, потому что атомы гелия в его ядре постепенно занимают меньший объем, чем весь синтезированный водород. Таким образом, ядро сжимается, позволяя внешним слоям Солнца приближаться к центру и испытывать более сильную гравитационную силу. Эта более сильная сила увеличивает давление на ядро, что, в свою очередь, делает ядро более плотным.
Подсчитано, что за последние 4,5 миллиарда лет Солнце стало на 30 % ярче, а его яркость увеличивается примерно на 1 % каждые 100 миллионов лет. В конце фазы своей главной последовательности Солнце не станет сверхновой, поскольку у него недостаточно массы.
Вместо этого, как только водород в ядре будет исчерпан через 5,4 миллиарда лет, Солнце начнет расширяться и станет красным гигантом. Предполагается, что он станет достаточно большим, чтобы охватывать орбиты Меркурия, Венеры и, возможно, даже Земли.
Как только Солнце достигнет фазы Ветви красных гигантов (RGB), у Солнца останется примерно 120 миллионов лет активной жизни. Но за это время многое произойдет. Во-первых, ядро (заполненное вырожденным гелием) сильно воспламенится в гелиевой вспышке, при этом примерно 6% ядра и 40% массы Солнца превратятся в углерод в течение нескольких минут.
Затем Солнце уменьшится примерно в 10 раз по сравнению с его нынешним размером и в 50 раз по сравнению с его светимостью, а температура будет немного ниже, чем сегодня. В течение следующих 100 миллионов лет он будет продолжать сжигать гелий в своем ядре, пока оно не истощится. К этому моменту он будет находиться в фазе асимптотической гигантской ветви (AGB), где он снова расширится (на этот раз намного быстрее) и станет более ярким.
В течение следующих 20 миллионов лет Солнце станет нестабильным и начнет терять массу из-за серии тепловых импульсов. Они будут происходить каждые 100 000 лет или около того, с каждым разом становясь все больше и увеличивая светимость Солнца в 5000 раз по сравнению с текущей яркостью, а его радиус - до более чем 1 а.е.
В этот момент расширение Солнца либо охватит Землю, либо сделает ее совершенно непригодной для жизни. Планеты во Внешней Солнечной системе, вероятно, резко изменятся, поскольку больше энергии поглощается Солнцем, что приводит к сублимации их водяных льдов, возможно, формируя плотную атмосферу и поверхностные океаны. Примерно через 500 000 лет останется только половина нынешней массы Солнца, а его внешняя оболочка начнет формировать планетарную туманность.
Эволюция после AGB происходит ещё быстрее, поскольку выброшенная масса ионизируется, образуя планетарную туманность, а открытое ядро достигает 30 000 К. Окончательная температура обнажённого ядра будет выше 100 000 К, после чего остаток охладится до состояния белого карлика. Планетарная туманность рассеется примерно через 10 000 лет, но белый карлик проживет триллионы лет, прежде чем станет черным.
Из-за этого Солнце было в центре мифологий и систем поклонения многих древних культур. От ацтеков, майя и инков до древних шумеров, египтян, греков, римлян и друидов Солнце было центральным божеством, потому что оно считалось носителем всего света и жизни. Со временем наше понимание Солнца изменилось и стало все более эмпирическим. Но это ничуть не уменьшило его значения.
Солнце — звезда главной последовательности G-типа, составляющая около 99,86% массы Солнечной системы. Солнце имеет абсолютную звездную величину +4,83, что, по оценкам, ярче примерно 85% звезд Млечного Пути, большинство из которых являются красными карликами. При диаметре 696 342 ± 65 км и массе примерно 1,988 × 1030 кг (1,9 триллиона квадриллионов метрических тонн) Солнце в 109 раз больше Земли и в 333 000 раз массивнее.
Будучи звездой, плотность Солнца значительно различается между его внешними слоями и ядром. В среднем его плотность составляет 1,408 г/см3, что составляет примерно четверть плотности Земли. Однако по оценкам моделей Солнца его плотность ближе к ядру составляет 162,2 г/см3, что в 12,4 раза больше, чем у Земли.
Хотя наше Солнце кажется жёлтым, на самом деле оно белое. Он просто кажется желтым из-за влияния атмосферы. Наше Солнце ярче, чем большинство других звёзд в галактике (которые также являются красными карликами), и только около 5% звёзд Млечного Пути больше Солнца. Солнце входит в группу звёзд Население I, которая описывает яркие, горячие и молодые звёзды, которые обычно находятся в спиральных рукавах галактик.
Оценки температуры Солнца также меняются по мере приближения к его ядру. По оценкам, в центре температура достигает 15,7 миллиона К (15 699 726,85 миллиона ° C / 28 259 540,33 миллиона ° F), в то время как в Короне температура составляет около 5 миллионов К (4 999 726,85 ° C / 8 999 540,33 ° F). Поверхность (фотосфера) достигает эффективной температуры 5778 К (5504,85 ° C / 9940,73 ° F).
Поскольку Солнце состоит из плазмы, оно обладает сильными магнитными свойствами. У него есть северный и южный магнитные полюса, как у Земли, и линии магнитного поля создают активность, которую мы наблюдаем на поверхности. Более тёмные солнечные пятна — более холодные области, которые существуют в течение нескольких месяцев и сильно различаются по размеру — образуются, когда линии магнитного поля проходят через фотосферу Солнца. Солнечные пятна появляются циклично, а иногда их вообще не видно.
Корональные выбросы массы и солнечные вспышки происходят, когда эти силовые линии магнитного поля ломаются и перестраиваются. Количество активности на Солнце повышается и падает в течение 11-летнего цикла. В нижней точке, называемой солнечным минимумом, солнечных пятен почти нет. И тогда в высшей точке цикла, солнечном максимуме, больше всего солнечных пятен и наибольшая солнечная активность.
Солнце, безусловно, является самым ярким объектом на небе с видимой величиной -26,74, что примерно в 13 миллиардов раз ярче следующей по яркости звезды (Сириуса, видимая величина которого составляет -1,46). Среднее расстояние от Солнца до Земли составляет примерно 1 астрономическую единицу или а.е. (150 000 000 км/93 000 000 миль), хотя оно меняется из-за изменений орбиты Земли.
На этом среднем расстоянии свет проходит от Солнца до Земли примерно за 8 минут 19 секунд. Энергия этого солнечного света поддерживает почти всю жизнь на Земле посредством фотосинтеза и определяет климат и погоду Земли.
Солнцу требуется около 1 месяца, чтобы сделать один оборот вокруг своей оси; однако это приблизительная оценка, поскольку Солнце представляет собой шар из плазмы. Недавний анализ показал, что скорость вращения ядра выше, чем у внешних слоев Солнца. Во внешних слоях, вблизи экватора, он совершает оборот примерно раз в 25,4 дня; тогда как ближе к полюсам для совершения одного оборота требуется до 36 дней.
Текущий научный консенсус заключается в том, что Солнце образовалось около 4,57 миллиарда лет назад в результате коллапса части гигантского молекулярного облака, состоявшего в основном из водорода и гелия, и, вероятно, породило множество других звезд. Когда один из фрагментов облака разрушился, он также начал вращаться (из-за сохранения углового момента) и нагреваться с ростом давления.
Большая часть массы сконцентрировалась в центре, тогда как остальная часть сплющилась в диск, который в конечном итоге сросся, сформировав планеты и другие тела Солнечной системы. Гравитация и давление в ядре облака генерировали много тепла, поскольку оно аккрецировало больше материи из окружающего диска, что в конечном итоге вызвало ядерный синтез.
Из этого грандиозного взрыва образовалось Солнце.
Солнце в настоящее время находится в фазе своей главной последовательности, которая характеризуется продолжающимся производством тепловой энергии посредством ядерного синтеза. В настоящее время более четырех миллионов тонн вещества преобразуется в энергию в ядре, производя нейтрино и солнечное излучение. С такой скоростью Солнце преобразовало в энергию 200-кратную массу нашей Земли (около 0,03% своей общей массы).
Солнце становится горячее, потому что атомы гелия в его ядре постепенно занимают меньший объем, чем весь синтезированный водород. Таким образом, ядро сжимается, позволяя внешним слоям Солнца приближаться к центру и испытывать более сильную гравитационную силу. Эта более сильная сила увеличивает давление на ядро, что, в свою очередь, делает ядро более плотным.
Подсчитано, что за последние 4,5 миллиарда лет Солнце стало на 30 % ярче, а его яркость увеличивается примерно на 1 % каждые 100 миллионов лет. В конце фазы своей главной последовательности Солнце не станет сверхновой, поскольку у него недостаточно массы.
Вместо этого, как только водород в ядре будет исчерпан через 5,4 миллиарда лет, Солнце начнет расширяться и станет красным гигантом. Предполагается, что он станет достаточно большим, чтобы охватывать орбиты Меркурия, Венеры и, возможно, даже Земли.
Как только Солнце достигнет фазы Ветви красных гигантов (RGB), у Солнца останется примерно 120 миллионов лет активной жизни. Но за это время многое произойдет. Во-первых, ядро (заполненное вырожденным гелием) сильно воспламенится в гелиевой вспышке, при этом примерно 6% ядра и 40% массы Солнца превратятся в углерод в течение нескольких минут.
Затем Солнце уменьшится примерно в 10 раз по сравнению с его нынешним размером и в 50 раз по сравнению с его светимостью, а температура будет немного ниже, чем сегодня. В течение следующих 100 миллионов лет он будет продолжать сжигать гелий в своем ядре, пока оно не истощится. К этому моменту он будет находиться в фазе асимптотической гигантской ветви (AGB), где он снова расширится (на этот раз намного быстрее) и станет более ярким.
В течение следующих 20 миллионов лет Солнце станет нестабильным и начнет терять массу из-за серии тепловых импульсов. Они будут происходить каждые 100 000 лет или около того, с каждым разом становясь все больше и увеличивая светимость Солнца в 5000 раз по сравнению с текущей яркостью, а его радиус - до более чем 1 а.е.
В этот момент расширение Солнца либо охватит Землю, либо сделает ее совершенно непригодной для жизни. Планеты во Внешней Солнечной системе, вероятно, резко изменятся, поскольку больше энергии поглощается Солнцем, что приводит к сублимации их водяных льдов, возможно, формируя плотную атмосферу и поверхностные океаны. Примерно через 500 000 лет останется только половина нынешней массы Солнца, а его внешняя оболочка начнет формировать планетарную туманность.
Эволюция после AGB происходит ещё быстрее, поскольку выброшенная масса ионизируется, образуя планетарную туманность, а открытое ядро достигает 30 000 К. Окончательная температура обнажённого ядра будет выше 100 000 К, после чего остаток охладится до состояния белого карлика. Планетарная туманность рассеется примерно через 10 000 лет, но белый карлик проживет триллионы лет, прежде чем станет черным.