Miks päike paistab? Miks paistab päike nii palju aastaid? Miks päike eredalt paistab

Päike asub Maast 150 miljoni kilomeetri kaugusel. Hoolimata sellisest kosmilisest kaugusest selle sõna otseses mõttes sõltuvad kõik meie planeedi elutähtsad protsessid Päikesest.


See taevakeha on valguse ja soojuse allikas Maal.

Mis on Päike?

Oma ehituse järgi on tegemist hiiglasliku gaasipalliga, mille sees ja pinnal on miljardeid aastaid hoitud ülikõrgeid temperatuure. Päike muudab pidevalt vesinikku heeliumiks.

Teadlased nimetavad seda protsessi termotuumareaktsiooniks. Vesinik moodustab 74% päikese tuuma massist, heelium - 25% sellest massist. Ühe keemilise elemendi muundumisel teiseks liidetakse vesinikuosakesed raskemateks osakesteks ning samal ajal vabaneb suur hulk energiat soojuse ja valguse näol.

Kuidas toimub termotuumareaktsioon?

Kõrge temperatuuri tõttu liiguvad Päikesel gaaside osakesed - aatomite ja vabade elektronide tuumad - pöörase kiirusega. Igas aatomi tuumas on osakesi, mida nimetatakse prootoniteks ja neutroniteks. Prootonitel on positiivne elektrilaeng, neutronitel aga puudub laeng.


Erinevate elementide aatomeid eristatakse üksteisest prootonite ja neutronite arvu järgi, mis toimivad ehitamisel omamoodi "ehitusplokkidena". Vesinikuaatomi iga tuum sisaldab ühte prootonit, heeliumi aatom aga kahte prootonit ja kahte neutronit.

Kui neli vesiniku tuuma ühinevad, moodustavad nad ühe heeliumi tuuma, footonid ja muud väikesed osakesed. Need on footonid, mis esindavad valgust, mis hajub igas suunas.

Teadlaste sõnul muundub Päikese tuumas igas sekundis umbes neli miljonit tonni ainet kiirgusenergiaks. See energia hajub kosmoses ja jõuab Maale.

Väärib märkimist, et päikese tuuma lähedal on temperatuur umbes 14 miljonit kraadi ja meie planeedile jõudev kiirgusvõimsus on ligikaudu 1000 vatti. ruutmeeter pinnad.

Miks päike talvel nii soojaks ei tee kui suvel?

Päikesevalguse Maale mõjumise efektiivsus sõltub sellest, kui kaua kestavad päevavalgustunnid, milline on atmosfääri seisund ja millise nurga all langevad päikesekiired Maale. Oluline on ka maapinna soojusmahtuvus.


Suvel tõuseb Päike kõrgele, tema kiired langevad Maale peaaegu vertikaalselt ja kuumenemine toimub kiiremini. Talvel on Päike horisondil madalal, tema kiired läbivad tangentsiaalselt ja soojust Maal on tunda palju nõrgemalt.

Talvel peavad Päikesekiired tungima läbi tihedama atmosfäärikihi ja see aeglustab oluliselt maapinna kuumenemise protsessi.

Kuum august ja karm veebruar

Päikesekiirte kaldenurk ja Maa soojenemine on seotud ka sellega, et augustist saab keskmistel laiuskraadidel ülikuum suvekuu ja veebruar talve kõige karmimaks kuuks. Vesi ja maa ei kuumene koheselt, vaid säilitavad kogunenud soojuse. Juunis ja juulis tõuseb Päike Maa kohale maksimaalse kõrguseni ja soojus tungib sügavale maapinnale.

Säilib juuni ja juuli akumuleerunud soojus, millele lisandub augustikuu kuumus. Sarnaselt toimub ka pöördprotsess: detsembris ja jaanuaris jahtunud maapinnal on veebruaris ülimadal temperatuur.

Paljud esitavad perioodiliselt küsimuse: mis saab siis, kui päike kustub? Teadlased vastavad: lähiajal ei tasu sellist pööret karta. Päike saab kustuda alles pärast seda, kui ta on ära kulutanud kogu olemasoleva vesiniku ja selle heeliumiks muutumise protsess peatub.


Kuid kogu eksistentsi jooksul Päikesesüsteem Vähem kui pool Päikese vesinikust on muundatud heeliumiks. Niisiis, päike paistab ja soojendab väga pikka aega.

Sellest, et ilma Päikeseta poleks Maal elu, mõistsid inimesed juba ammu, sest teda ülendati, teda kummardati ja Päikese päeva tähistades tõid nad sageli inimohvreid. Nad jälgisid teda ja lahendasid observatooriume luues selliseid pealtnäha lihtsaid küsimusi selle kohta, miks Päike päeval paistab, milline on valgusti olemus, millal Päike loojub, kus ta tõuseb, millised objektid on Päikese ümber ja planeerisid nende oma. tegevused saadud andmete alusel.

Teadlastel polnud aimugi, et Päikesesüsteemi ainsal tähel on aastaaegu, mis meenutavad väga "vihmaperioodi" ja "kuivhooaega". Päikese aktiivsus suureneb vaheldumisi põhja- ja lõunapoolkeral, kestab üksteist kuud ja langeb sama kaua. Koos selle üheteistkümneaastase tegevustsükliga sõltub otseselt maalaste eluiga, kuna sel ajal paiskuvad tähe soolestikust välja võimsad magnetväljad, mis põhjustavad planeedile ohtlikke päikesehäireid.

Mõnele võib üllatusena teada saada, et Päike ei ole planeet. Päike on tohutu helendav gaasipall, mille sees toimuvad pidevalt termotuumareaktsioonid, mis vabastavad energiat, annavad valgust ja soojust. See on huvitav sarnane täht Päikesesüsteemis ei eksisteeri ja seetõttu meelitab see enda poole kõik väiksema suurusega objektid, mis satuvad selle gravitatsioonivööndisse, mille tulemusena hakkavad nad trajektoori mööda ümber päikese pöörlema.

Loomulikult ei asu päikesesüsteem kosmoses iseenesest, vaid on osa sellest Linnutee, galaktikad, mis on tohutu tähesüsteem. Linnutee keskpunktist eraldab Päikest 26 tuhat valgusaastat, seega on Päikese liikumine selle ümber üks pööre 200 miljoni aasta jooksul. Kuid täht pöördub ümber oma telje kuuga – ja siis on need andmed ligikaudsed: tegemist on plasmakuuliga, mille komponendid pöörlevad erinevatel kiirustel ja seetõttu on raske täpselt öelda, kui palju aega kulub ühe plaadi valmimiseks. revolutsioon. Näiteks ekvaatori piirkonnas juhtub see 25 päeva pärast, poolustel - 11 päeva rohkem.

Kõigist täna tuntud tähtedest on meie Luminary heleduse poolest neljandal kohal (kui täht näitab päikese aktiivsust, särab ta eredamalt kui vaibudes). Iseenesest on see tohutu gaasiline pall valge, kuid kuna meie atmosfäär neelab lühispektriga laineid ja Päikese kiir hajub maapinna lähedale, muutub Päikese valgus kollakaks ja valget värvi on näha ainult selge, ilus päev sinise taeva taustal.

Olles ainuke täht Päikesesüsteemis, on Päike ka ainus valgusallikas (kui mitte arvestada väga kaugeid tähti). Hoolimata asjaolust, et Päike ja Kuu on meie planeedi taeva suurimad ja heledamad objektid, on nende erinevus tohutu. Kui Päike ise kiirgab valgust, siis Maa satelliit, olles absoluutselt tume objekt, lihtsalt peegeldab seda (võib öelda ka, et näeme Päikest ka öösel, kui taevas on tema poolt valgustatud Kuu).

Päike paistis – noor täht, tema vanus on teadlaste hinnangul üle nelja ja poole miljardi aasta. Seetõttu viitab see kolmanda põlvkonna tähele, mis moodustati juba olemasolevate tähtede jäänustest. Seda peetakse õigustatult Päikesesüsteemi suurimaks objektiks, kuna selle kaal on 743 korda suurem kui kõigi Päikese ümber tiirlevate planeetide mass (meie planeet on päikesest 333 tuhat korda kergem ja temast 109 korda väiksem).

Päikese atmosfäär

Kuna Päikese ülemiste kihtide temperatuurinäitajad ületavad 6 tuhat kraadi Celsiuse järgi, siis tahke keha ei ole: nii kõrgel temperatuuril muutub igasugune kivi või metall gaasiks. Teadlased on sellistele järeldustele viimasel ajal jõudnud, sest varasemad astronoomid väitsid, et tähe kiirgav valgus ja soojus on põlemise tulemus.

Mida rohkem astronoomid Päikest jälgisid, seda selgemaks see muutus: selle pind on mitu miljardit aastat viimase piirini kuumenenud ja miski ei saa nii kaua põleda. Ühe tänapäevase hüpoteesi järgi toimuvad Päikese sees samad protsessid, mis aatomipommis - aine muundub energiaks ning termotuumareaktsioonide tulemusena muundub vesinik (selle osatähtsus tähes on umbes 73,5%). heeliumiks (peaaegu 25%) .

Kuulujutud, et Päike Maal kustub varem või hiljem, pole alusetud: vesiniku hulk tuumas pole piiramatu. Põlemisel tähe välimine kiht laieneb, tuum aga vastupidi väheneb, mille tulemusena lõpeb Päikese eluiga ja see muutub udukoguks. See protsess algab peagi. Teadlaste sõnul juhtub see mitte varem kui viie kuni kuue miljardi aasta pärast.

Mis puutub sisemisse struktuuri, siis kuna täht on gaasiline pall, ühendab see planeediga ainult tuuma olemasolu.

Tuum

Siin toimuvad kõik termotuumareaktsioonid, tekitades soojust ja energiat, mis kõigist järgnevatest Päikese kihtidest mööda minnes jätab selle päikesevalguse ja kineetilise energia kujul. Päikese tuum ulatub päikese keskpunktist 173 000 km kaugusele (umbes 0,2 päikeseraadiust). Huvitav on see, et tuumas pöörleb täht ümber oma telje palju kiiremini kui ülemistes kihtides.

Kiirgava ülekande tsoon

Kiirgusülekande tsoonis tuumast väljuvad footonid põrkuvad plasmaosakestega (neutraalsetest aatomitest ja laetud osakestest, ioonidest ja elektronidest moodustunud ioniseeritud gaas) ning vahetavad nendega energiat. Kokkupõrkeid on nii palju, et footonil kulub selle kihi läbimiseks mõnikord umbes miljon aastat ja seda hoolimata sellest, et plasma tihedus ja selle temperatuurinäitajad välispiiril vähenevad.

tahhokliin

Kiirgusülekandetsooni ja konvektiivtsooni vahel on väga õhuke kiht, kus moodustub magnetväli- elektromagnetvälja jõujooned tõmbavad plasmavoolud välja, suurendades selle intensiivsust. On põhjust arvata, et siin muudab plasma oluliselt oma struktuuri.

konvektiivne tsoon

Päikese pinna lähedal muutub aine temperatuur ja tihedus ebapiisavaks, et Päikese energia kanduks vaid ümberkiirguse abil. Seetõttu hakkab plasma siin pöörlema, moodustades keeriseid, kandes pinnale energiat, samas kui mida lähemale tsooni välisservale, seda rohkem see jahtub ja gaasi tihedus väheneb. Samal ajal lähevad pinnale jahutatud fotosfääri osakesed, mis asuvad selle kohal, konvektiivtsooni.

Fotosfäär

Fotosfääri nimetatakse Päikese heledaimaks osaks, mis on Maalt näha päikesepinna kujul (seda nimetatakse ka tinglikult, kuna gaasist koosneval kehal pole pinda, seetõttu nimetatakse seda ka nn. osa atmosfäärist).

Võrreldes tähe raadiusega (700 tuhat km) on fotosfäär väga õhuke kiht, mille paksus on 100–400 km.

Just siin toimub päikese aktiivsuse avaldumise ajal valguse, kineetilise ja soojusenergia vabanemine. Kuna plasma temperatuur fotosfääris on madalam kui mujal ja seal on tugev magnetkiirgus, tekivad selles päikeselaigud, mis põhjustavad tuntud nähtust, nagu päikesepursked.

Kuigi päikesepursked on lühiajalised, vabaneb sel perioodil äärmiselt suur hulk energiat. Ja see avaldub laetud osakeste, ultraviolett-, optilise, röntgen- või gammakiirguse, aga ka plasmavoogudena (meie planeedil põhjustavad need magnettormid mis kahjustavad inimeste tervist).

Tähe selles osas on gaas suhteliselt haruldane ja pöörleb väga ebaühtlaselt: selle tiirlemine ümber ekvaatori on 24 päeva, poolustel - kolmkümmend. Fotosfääri ülemistes kihtides registreeriti minimaalsed temperatuurinäitajad, mille tõttu 10 tuhandest vesinikuaatomist on ainult ühel laetud ioon (sellele vaatamata on plasma isegi selles piirkonnas üsna ioniseeritud).

Kromosfäär

Kromosfääri nimetatakse Päikese ülemiseks kestaks, mille paksus on 2 tuhat km. Selles kihis tõuseb temperatuur järsult ning vesinik ja muud ained hakkavad aktiivselt ioniseeruma. Selle Päikese osa tihedus on tavaliselt madal ja seetõttu on seda raske Maast eristada ning seda on näha ainult Päikesevarjutuse korral, kui Kuu katab fotosfääri heledama kihi ( kromosfäär helendab sel ajal punaselt).

Kroon

Koroon on Päikese viimane välimine, väga kuum kest, mis on meie planeedilt kogusumma jooksul nähtav päikesevarjutus: see meenutab säravat halot. Muul ajal on seda väga madala tiheduse ja heleduse tõttu võimatu näha.

See koosneb prominentidest, kuni 40 000 km kõrgustest kuumadest gaasipurskkaevudest ja suurel kiirusel kosmosesse suunduvatest energiapursketest, mis moodustavad laetud osakeste voost koosneva päikesetuule. Huvitav on see, et paljud meie planeedi loodusnähtused on seotud päikesetuulega, näiteks Virmalised. Tuleb märkida, et päikesetuul ise on äärmiselt ohtlik ja kui meie planeeti ei kaitseks atmosfäär, hävitaks see kogu elu.

maa aasta

Meie planeet liigub ümber Päikese kiirusega umbes 30 km / s ja selle täieliku pöörde periood on üks aasta (orbiidi pikkus on üle 930 miljoni km). Punktis, kus päikeseketas on Maale kõige lähemal, eraldab meie planeeti tähest 147 miljonit km ja kõige kaugemas punktis - 152 miljonit km.

Maalt vaadatuna muutub "Päikese liikumine" aastaringselt ja selle trajektoor meenutab neljakümne seitsme kraadise kaldega piki Maa telge põhjast lõunasse venitatud kaheksat.

Selle põhjuseks on asjaolu, et Maa telje kõrvalekalde nurk orbiidi tasapinnaga risti on umbes 23,5 kraadi ja kuna meie planeet tiirleb ümber Päikese, siis Päikesekiired liiguvad iga päev ja iga tund (arvestamata ekvaator, kus päev võrdub ööga) muudavad nende langemise nurka samas punktis.

Suvel on põhjapoolkeral meie planeet Päikese poole kaldu ja seetõttu valgustavad Päikesekiired maapinda võimalikult intensiivselt. Kuid talvel, kuna päikeseketta tee läbi taeva on väga madal, langeb Päikesekiir meie planeedile järsema nurga all ja seetõttu soojeneb maa nõrgalt.

Keskmine temperatuur määratakse siis, kui saabub sügis või kevad ja Päike on poolustest samal kaugusel. Sel ajal on ööde ja päevade kestus ligikaudu sama – ja Maal luuakse kliimatingimused, mis on üleminekuetapp talve ja suve vahel.

Sellised muutused hakkavad aset leidma isegi talvel, pärast talvist pööripäeva, kui Päikese liikumise trajektoor üle taeva muutub ja see hakkab tõusma.

Seetõttu läheneb kevade saabudes päike päevale kevadine pööripäev, muutub päeva ja öö pikkus samaks. Suvel, 21. juunil, suvise pööripäeva päeval, saavutab päikeseketas oma kõrgeima punkti horisondi kohal.

Maa päev

Kui vaadata taevast maainimese vaatevinklist, otsides vastust küsimusele, miks Päike päeval paistab ja kuhu ta tõuseb, siis võib peagi veenduda, et Päike tõuseb idast ja selle seadistust võib näha läänes.

See juhtub seetõttu, et meie planeet mitte ainult ei liigu ümber Päikese, vaid pöörleb ka ümber oma telje, tehes täieliku pöörde 24 tunniga. Kui vaatate Maad kosmosest, näete, et see, nagu enamik Päikese planeete, pöördub vastupäeva, läänest itta. Seistes Maal ja vaadates, kuhu Päike hommikul ilmub, on kõik näha peegelpildis ja seetõttu tõuseb Päike idast.

Samal ajal on näha huvitav pilt: inimene, kes jälgib, kus on Päike, seisab ühes punktis, liigub koos Maaga ida suunas. Samal ajal hakkavad lääneküljel asuvad planeedi osad üksteise järel tasapisi Päikese valgust valgustama. Niisiis. näiteks päikesetõusu võib USA idarannikul näha kuni kolm tundi enne päikesetõusu läänerannikul.

Päike maa elus

Päike ja Maa on üksteisega niivõrd seotud, et taeva suurima tähe rolli on vaevalt võimalik üle hinnata. Esiteks tekkis meie planeet ümber Päikese ja tekkis elu. Samuti soojendab Päikese energia Maad, Päikese kiir valgustab seda, moodustades kliima, jahutades seda öösel ja pärast päikese tõusu soojendab seda uuesti. Mis ma oskan öelda, isegi õhk omandas tema abiga eluks vajalikud omadused (kui mitte päikesekiir, siis jääplokke ja külmunud maad ümbritsev vedel lämmastikuookean).

Päike ja Kuu olemine suurimad objektid taevas, üksteisega aktiivselt suheldes, mitte ainult ei valgusta Maad, vaid mõjutavad otseselt ka meie planeedi liikumist - ehe näide sellest tegevusest on mõõn ja mõõn. Neid mõjutab Kuu, Päike on selles protsessis kõrval, kuid ilma mõjuta ei saa ka hakkama.

Päike ja kuu, maa ja päike, õhk ja vesi voolavad, meid ümbritsev biomass on olemas, pidevalt taastuvenergia tooraine, mida saab lihtsalt kasutada (see lebab pinnal, seda pole vaja ammutada planeedi soolestikku, see ei moodusta radioaktiivseid ja mürgiseid jäätmeid).

Juhtida avalikkuse tähelepanu taastuvate energiaallikate kasutamise võimalusele, alates 90ndate keskpaigast. eelmisel sajandil otsustati tähistada rahvusvahelist päikesepäeva. Nii toimuvad igal aastal 3. mail, Päikesepäeval, kogu Euroopas seminare, näitusi, konverentse, mille eesmärk on näidata inimestele, kuidas kasutada valgusti kiirt heaks, kuidas määrata päikeseloojangu või päikesetõusu aega. esineb.

Näiteks saab Päikesepäeval külastada spetsiaalseid multimeediaprogramme, näha läbi teleskoobi tohutuid magnethäirete alasid ja erinevaid päikese aktiivsuse ilminguid. Päikesepäeval saate vaadata erinevaid füüsilisi katseid ja demonstratsioone, mis näitavad selgelt, kui võimas energiaallikas on meie Valgus. Sageli on päikesepäeval külastajatel võimalus luua päikesekell ja seda tegevuses katsetada.

Tähed kiirgavad miljardeid aastaid tohutul hulgal soojust ja valgust, mis nõuab tohutut kütusekulu. Kuni kahekümnenda sajandini ei osanud keegi ette kujutada, mis tüüpi kütus see on. Füüsika suurim probleem oli suur küsimus – kust saavad tähed energiat? Kõik, mida me teha saime, oli vaadata taevasse ja mõista, et meie teadmistes on tohutu "auk". Tähtede saladuse mõistmiseks oli vaja uut avastusmootorit.

Saladuse avamiseks oli vaja heeliumi. Albert Einsteini teooria tõestas, et tähed saavad energiat aatomite seest. Tähtede saladus on Einsteini võrrand, mis on valem E \u003d ms 2. Teatud mõttes on meie keha moodustavate aatomite arv kontsentreeritud energia, kokkusurutud energia, aatomiteks (kosmilise tolmu osakesteks) kokkusurutud energia, millest koosneb meie universum. Einstein tõestas, et seda energiat saab vabastada kahe aatomi kokkupõrkes. Seda protsessi nimetatakse termotuumasünteesiks, see on jõud, mis toidab tähti.

Kujutage ette, aga füüsikalised omadused väikesed subatomilised osakesed määravad tähtede struktuuri. Tänu Einsteini teooriale oleme õppinud, kuidas seda energiat aatomi sees vabastada. Nüüd üritavad teadlased simuleerida täheenergia allikat, et saada laboris võimu termotuumasünteesi jõu üle.

Inglismaal Oxfordi lähedal asuva labori seinte sees on masin, mida Andrew Kirk ja tema meeskond muudavad "staar" laboriks. Seda installi nimetatakse Tokamaks. Põhimõtteliselt on see suur magnetpudel, mis mahutab väga kuuma plasma, mis suudab simuleerida selliseid tingimusi nagu tähe sisemus.

Tokamaki sees on vesinikuaatomid üksteisele vastandlikud. Aatomite üksteise vastu surumiseks soojendab tokamak need kuni 166 miljoni kraadini, sellel temperatuuril liiguvad aatomid nii kiiresti, et ei suuda vältida omavahelist kokkupõrget. Kuumutamine on liikumine, tõukejõu ületamiseks piisab kuumutatud osakeste liikumisest. Lendades kiirusega tuhandeid kilomeetreid sekundis, põrkuvad need vesinikuaatomid üksteise vastu ja ühinevad, moodustades uue keemiline element- heelium ja väike kogus puhast energiat.

Vesinik kaalub veidi rohkem kui heelium, põlemisprotsessis kaob mass, kaotatud mass muudetakse energiaks. Tokamak suudab toetada sekundi murdosa sulandumist, kuid tähe sisemuses ei peatu tuumade ühinemine miljardeid aastaid, põhjus on lihtne - tähe suurus.

Täht elab gravitatsiooni järgi. Sellepärast on tähed suured, tohutud. Tähe kokkusurumiseks vajate suur jõud külgetõmmet, et vabastada uskumatul hulgal energiat, piisavalt selleks termotuumasünteesi. See on tähtede saladus, sellepärast nad säravad.

Päikesetähe tuumas toimuv süntees tekitab igas sekundis võimsuse, millest piisaks miljardi tuumapommi jaoks. Täht on hiiglaslik vesinikupomm. Miks see siis lihtsalt tükkideks ei purune? Fakt on see, et gravitatsioon surub tähe välimised kihid kokku. Gravitatsioon ja süntees peavad suurt sõda, mille külgetõmme tahab tähte purustada ja termotuumasünteesi energia, mis tahab tähe seestpoolt laiali puhuda, see konflikt ja tasakaal loovad tähe.

See on võitlus võimu pärast, mis kestab kogu staari elu. Just need võitlused tähtedel loovad valguse ja iga täheteekonna kiir teeb uskumatu teekonna, valgus liigub 1080 miljonit kilomeetrit tunnis. Ühe sekundi jooksul võib valguskiir Maa ümber teha seitse korda, miski universumis ei liigu nii kiiresti.

Kuna enamik tähti on väga kaugel, rändab valgus meieni jõudmiseks sadu, tuhandeid, miljoneid ja isegi miljardeid aastaid. Kui Hubble'i kosmosejaam vaatab meie universumi kaugematesse nurkadesse, näeb see valgust, mis on rännanud miljardeid aastaid. Etequilia tähe valgus, mida me täna näeme, asus oma teekonnale – 8000 aastat tagasi, Betelgeuse valgus on olnud teel alates ajast, kui Kolumbus avastas Ameerika – 500 aastat tagasi. Isegi Päikese valgus lendab meieni lausa 8 minutiks.

Kui päike sünteesib vesinikust heeliumi, tekib valgusosake, footon. Sellel valguskiirel on pikk ja raske teekond Päikese pinnale. Terve täht takistab seda, footon ilmudes põrkab vastu teise aatomit, teise prootonit, teise neutronit, vahet pole, ta neeldub, siis peegeldub teises suunas ja liigub nii kaootiliselt Päikese sees, peab purunema välja.

Footon peab metsikult tormama, miljardeid kordi gaasiaatomite vastu põrgama ja meeleheitlikult välja tormama. Naljakas, et Päikese tuumast välja pääseda kulub footonil tuhandeid aastaid ja vaid 8 minutit, et Päikese pinnalt Maale lennata. Footonid on soojuse ja valguse allikad, tänu millele toetab meie planeedil Maa mitmekülgset ja hämmastavat elu!

Vaatamata lihtsale sõnastusele küsimuses "Miks päike paistab?" sellele vastamine nõuab teatud baasteadmisi ja seda ühe lausega esitada on raske ülesanne. Püüame seda lahendada artikli lõpus, mida alustame ajaloolise taustaga.

Lugu

Üks esimesi, kes püüdis läheneda Päikese olemuse selgitusele teaduslikust vaatenurgast, oli Vana-Kreeka astronoom ja matemaatik Anaxagoras, kelle sõnul on Päike kuum metallist kuul. Selle eest pandi filosoof vangi. Enne Päikese instrumentaalse uurimise algust 17. sajandil spekuleeriti ikka veel palju päikesevalguse olemuse üle, kuni pinnale pidevalt põlevate metsadeni välja.

Alates 17. sajandist on teadlased avastanud sellise nähtuse nagu päikeselaigud, on võimalik arvutada Päikese pöörlemisperioodi. Selgeks saab, et meie täht on omamoodi keerulise ehitusega füüsiline keha. 19. sajandil tekkis spektroskoopia, mille abil oli võimalik päikesekiirt selle komponentvärvideks lagundada. Seega õnnestub Fraunhoferil tänu neeldumisjoontele tuvastada uus keemiline element, mis on tähe osa – heeliumi.

19. sajandi keskel üritasid teadlased juba keerulisemate teaduslike hüpoteesidega kirjeldada Päikese sära. Nii tegi Robert Mayer ettepaneku, et tähte soojendab meteoriitide pommitamine. Mõnevõrra hiljem, 1853. aastal, tekkis usutavam idee nn "Kelvin-Helmholtzi mehhanismist", mille kohaselt kuumenes Päike gravitatsioonilise kokkutõmbumise tõttu. Kuid sel juhul oleks valgusti vanus tegelikkusest palju väiksem, mis oli vastuolus mõne geoloogilise uuringuga.

Miks päike paistab

Sellele küsimusele tuli esimesena õige vastusega välja Briti füüsik Ernest Rutherford, kes pakkus, et Päikesel toimub radioaktiivne lagunemine ja see on tähe energia allikas. Hiljem, 1920. aastal, töötas inglise astrofüüsik Arthur Eddington välja Rutherfordi idee, väites, et Päikese tuumas võib Päikese enda massi siserõhu mõjul toimuda termotuumasünteesi reaktsioon. 10 aasta pärast arvutati välja peamised termotuumasünteesi reaktsioonid, mis tekitasid vaadeldud energiahulga.

Lühidalt võib termotuumareaktsiooni, mille tõttu päike paistab, kirjeldada kui prootonite (vesiniku tuumade) ühinemist heelium-4 tuumaks. Kuna heelium-4 tuumal on väiksem mass kui vesiniku tuumal, siis energiaerinevus (vaba energia) eraldub footonitena – osakestena, mis on elektromagnetkiirgus.

termotuumareaktsioon

Päikese või väiksema massiga tähtede sees toimuvad prootoni-prootoni termotuumasünteesi reaktsioonid võib jagada kolme ahelasse: ppI, ppII, ppIII. Neist ppl moodustab enam kui 84% päikeseenergiast. Prootoni-prootoni reaktsioon koosneb kolmest tsüklist, kus esimese rolliks on kahe prootoni (kahe vesiniku tuuma) vastastikmõju. Kui Coulombi barjääri ületamiseks on piisavalt energiat, sulanduvad kaks prootonit deuteroni moodustamiseks. Kuna kahest prootonist koosneva deuteroni tuuma mass on väiksem kui kahel üksikul prootonil, siis tekib vaba energia, mille tõttu tekib positroni ja elektronneutriino, mis kiirguvad reaktsiooni toimumispiirkonnast.

Lisaks moodustub deuteroni ja teise prootoni interaktsiooni tõttu heelium-3 koos energia vabanemisega kujul elektromagnetiline kiirgus. Reaktsiooni edasised etapid on selgelt näha alloleval diagrammil.

Reaktsioonid päikese sees

Lisaks prooton-prooton termotuumasünteesi reaktsioonile annab väikese panuse Päikese vabanevasse energiasse prooton-elektron-prooton tüüpi reaktsioon 0,23%.

Seega eeltoodut kokku võttes Päike kiirgab elektromagnetlained erinevate sagedustega, sh nähtava valguse piirkonnas, mis moodustuvad prootoni-prootoni (prooton-elektron-prooton) termotuumasünteesi reaktsiooni käigus vabanenud energia tulemusena sündinud osakestest.

Aine neljas olek.
Kuues osa. Miks päike paistab

Miks päike paistab? Sellele küsimusele on täna teada sama täpne vastus. Päike paistab, sest selle sügavustesse jääb 4 prootoni (vesinikuaatomi tuumade) üheks heeliumi tuumaks muutumise termotuumareaktsiooni tulemusena alles vaba energia (kuna heeliumi tuuma mass on väiksem kui nelja mass prootonid), mis kiirgub footonite kujul. Footonid nähtavas piirkonnas – see on üks päikesevalgus mida me näeme.

Ja nüüd mõelgem ja kujutame ette teed, mille teadlased on läbinud. Ja samas mõelgem sellele, mis saab siis, kui vesinik Päikesel täielikult ära põleb? Kas see läheb kindlasti välja? Soovitame teil artikkel lõpuni lugeda - seal on tehtud väga huvitav oletus.

Oletame, et Päike põletab kõigist kütuseliikidest kõige kütteväärtuslikumat – puhtaimat süsinikku, mis põleb tervelt, ilma igasuguse tuhata. Teeme lihtsa arvutuse. On teada, kui palju soojust see "lõke" Maale saadab. Päike on pall, nii et see kiirgab soojust ühtlaselt igas suunas. Teades Maa ja Päikese suurust, on lihtne välja arvutada, et Päikeselt tuleva soojusvoo säilitamiseks peab selles põlema igas sekundis umbes 12 miljardit tonni kivisütt! See näitaja on maa mastaabis tohutu, kuid Maast enam kui kolmsada tuhat korda raskema Päikese jaoks on see kivisöe kogus väike. Ja ometi peaks kogu see kivisüsi päikese käes ära põlema vaid kuue tuhande aastaga. Kuid paljude teaduste – geoloogia, bioloogia jm – andmed annavad vaieldamatult tunnistust, et ere Päike on meie planeeti soojendanud ja valgustanud juba vähemalt mitu miljardit aastat.

Arusaam, et Päike põleb kivisöega, tuli tagasi lükata. Aga võib-olla on neid keemilised reaktsioonid, milles eraldub veelgi rohkem soojust kui kivisöe põletamisel? Oletame, et need on olemas. Kuid isegi need reaktsioonid võivad pikendada Päikese eluiga tuhande, kahe tuhande aasta võrra, isegi kaks korda, kuid mitte rohkem.

Aga kui Päike ei suuda end pikka aega kütusega varustada, siis võib-olla teeb seda kosmoses väljastpoolt? On oletatud, et meteoriidid langevad pidevalt Päikesele. Oleme juba öelnud, et kui meteoriidid Maale lähenevad, põlevad nad Maa atmosfääris pidurdades sageli täielikult läbi, soojendades oma teel õhku. Miks mitte eeldada, et Päikese ümber puudub atmosfäär, et meteoriitide aeglustumine toimub otse päikeseaines ja see kuumutatakse kõrge temperatuurini?

Läheme tagasi arvutuste juurde. Mitu meteoriiti peab Päikesele langema, et see pikka aega põleks? Arvutus annab täiesti uskumatu arvu: isegi kui kõigi Päikesele langenud meteoriitide kaal on võrdne Päikese enda kaaluga, säraks see ikkagi vaid umbes miljon aastat.

Kuid võib-olla kukkus kunagi nii suur hulk meteoriite Päikesele, kuumutas selle tohutu temperatuurini ja nüüd hakkab Päike aeglaselt jahtuma? Ei midagi sellist! On palju tõendeid selle kohta, et Päike paistis ja soojendas miljard, miljon ja tuhat aastat tagasi, nagu praegu. Niisiis, ka teine ​​oletus ebaõnnestub.

Päikese aktiivsuse hämmastav püsivus mattis enda alla ka kolmanda, kõige ahvatlevama oletuse Päikese "põlemise" põhjuse kohta. See taandus järgmisele. Universaalse gravitatsiooni seaduse järgi lähenevad kõik kehad üksteisele. Maad tõmbab Päike ja liigub selle ümber. Kivi tõmbab Maa külge ja kukub sellele peale, kui see käest vabaneb.

Kujutagem ette, et Päike on tohutu gaasiga anum. Selle gaasi molekulid, mis alluvad vastastikusele külgetõmbele, peaksid vaatamata kokkupõrgetele, mis neid üksteisest eemale paiskavad, järk-järgult üksteist meelitama ja üksteisele lähenema. Päike tervikuna väheneks siis, gaasi rõhk selles suureneks ja see tooks kaasa temperatuuri tõusu ja soojuse eraldumise.

Kui arvestada, et 100 aastaga väheneb Päikese läbimõõt vaid mõne kilomeetri võrra, siis see nähtus võiks Päikese kiirgust täielikult seletada. Sellist aeglast kokkutõmbumist ei saa aga astronoomiliste instrumentide abil tuvastada.

Kuid on olemas "seade", mis töötab palju kauem. See instrument on Maa ise. Oma eksisteerimise jooksul peaks Päike kahanema kümneid kordi: kogu päikesesüsteemi pikkusest kordades suurematest suurustest tänapäevaste suurusteni. Selline tihendamine mõjutaks kindlasti . Midagi sellist ei tea aga Maa ajalugu. Ta on teadlik suurtest geoloogilistest katastroofidest, mille käigus hukkusid kõrgeimad mäed, sündisid uued ookeanid, terved mandrid, kuid seda kõike saab täielikult seletada Maa enda, mitte Päikese tegevusega.

Niisiis osutusid kõik kolm mainitud hüpoteesi Päikese "põlemise" põhjuste kohta vastuvõetamatuks. Teadus, mis suutis seletada paljusid kõige keerukamaid nähtusi Maal, langetas väga pikka aega oma käed Päikese aktiivsuse mõistatuse ees. Nüüd on selgunud, et sellele mõistatusele tuleb lahendust otsida mitte kosmosesügavustest, vaid Päikese sügavusest.

Ja siin tuli üliväikese teadusele appi ülisuure teadus – astronoomia – aatomituuma füüsika.