Солнце - зеленая звезда, черное тело, желтый карлик

Ещё в 1743 г. гений Ломоносова позволил ему высказать верные суждения о природе Солнца, на столетие опередившие науку его времени. Астрономия тех лет во главе с У.Гершелем считала солнечные пятна твердой темной поверхностью Солнца, может быть даже населенной особыми существами — жителями Солнца.

27 фото + 2 видео

Энерговыделение Солнца за секунду - 387 септиллион (10^24) ватт.
В процентах:
Рентген (<50 нм - длина волны, нанометры),
ультрафиолет (10 нм - 400 нм),
радио (>0,1 мм) - 8%

Видимый диапазон (400 нм - 740 нм) - 44%
Инфракрасный (740 нм - 2 мм) - 48%

Общую энергию солнечной радиации можно разделить на энергию электромагнитного излучения и энергию корпускулярной части. Последняя состоит из различных заряженных частиц - протонов, электронов, ядер гелия, ионов металлов. Корпускулярную часть ещё называют солнечным ветром. Вклад солнечного ветра в общую энергетику Солнца незначителен, хотя он и является виновником геомагнитных бурь и полярных сияний на Земле.

А вот основной вклад, все эти септиллионы ватт, приходятся на электромагнитное излучение. Солнце излучает во всех диапазонах - от коротковолновой рентгеновской области до длинноволнового радиодиапазона.

Ну а раз какое-то тело что-то излучает, значит мы можем увидеть это излучение. Если не непосредственно бренными глазами, как говорил Михайло Васильевич, то с помощью приборов. А чтоб нам не мешала атмосфера, которая в значительной степени поглощает УФ-диапазон, а рентген и вовсе не пропускает, - будем смотреть ещё и с космических заатмосферных обсерваторий.

Хромосфера (внешняя оболочка между фотосферой и короной) нашего Солнца от японского орбитального телескопа "Hinode" (Solar-B).
"Хинодэ" регистрирует видимый, ультрафиолетовый и рентгеновский диапазоны. Фото 2007 г. в видимом диапазоне.

Это сообщение отредактировал GreenRediska - 28.11.2018 - 16:02

Солнце излучает во всех диапазонах, но распределение энергии по спектру неравномерное. На графике видно, что хотя большая часть излучения приходится на ик-диапазон, пик излучения лежит в видимой области.

Зачем там нарисован график какого-то абсолютно черного тела (АЧТ), который почти совпадает с графиком излучения Солнца? - Просто звезды в наибольшей степени соответствуют свойствам АЧТ. Абсолютно черное тело - это такой идеальный предмет, который все поглощает, но ничего не отражает и не рассеивает. И при этом сам может излучать при нагревании. Звезды излучают, а вот ничтожным отражением света других звезд и собственных планет можно пренебречь.

Как спектр излучения АЧТ определяется только его температурой (а эта зависимость четко определена), так и спектр Солнца определятся этой одной из важнейших характеристик звезд.

Пик излучения Солнца приходится на зелено-голубую область. Можно ли сказать, что наша звезда зеленая? - Ну, скажем так - оно разноцветное с преобладанием зеленого. Просто то, что видят наши глаза, и то, что видят приборы - это, как говорится, две большие разницы. Вот то, что видит наш глаз: -
Фото с борта МКС (чтоб не мешала атмосфера) - Солнце белое, облака и радиаторы охлаждения станции тоже, соответственно белые.

А вот видимый диапазон Солнца, полученный в Солнечной обсерватории МакМата-Пирса.
Свет тут прошел через прибор наподобие призмы. Лишний раз убеждаемся, что наше Солнце излучает свет абсолютно всех цветов. Но как видим, ярче всего в зеленой части спектра. А наши глаза просто смешивают их и выдают один цвет – белый.

Темные полосы на спектре - это фраунгоферовы линии, - индивидуальный паспорт каждой звезды. Мы ещё к ним вернемся.

Видимый диапазон
Откуда берется видимый диапазон спектра у Солнца?
В недрах нашей звезды идет термоядерная реакция синтеза гелия из водорода. Возникающие при этом высокоэнергетичные гамма-кванты или гамма-фотоны, многократно поглощаясь и переизлучаясь веществом Солнца, сотни тысяч лет идут к поверхности звезды. При этом гамма-фотоны теряют свою энергию, "дробятся" и увеличивают длину волны.

К тому времени, как они добираются до фотосферы (она образует видимую поверхность Солнца), откуда наконец, вырывается в космос, фотоны гамма-лучей представляют собой преимущественно видимый спектр.

Так выглядит наша звезда в обычный любительский телескоп через затемняющий солнечный светофильтр. На поверхности Солнца видно множество пятен (фото 2011 года, - начало солнечной активности), а на краю диска — светлые нити. Это факелы - прорывы горячей плазмы. Такими факелами окружено каждое пятно, но по краям Солнца они выглядят более контрастно.

Солнечные пятна вблизи. Хорошо видна грануляция на поверхности Солнца вокруг пятен. В пятнах сильные магнитные поля препятствуют конвекции и вещество сильно охлаждается. Разница в температурах с окружающим веществом Солнца может достигать 1500-2000 градусов.

Почему солнечные пятна выглядят черными на фоне солнечного диска? - Здесь тоже "замешан" закон излучения абсолютно черного тела. Пятна тоже излучает свет, но лишь на уровне 30 процентов от нормального света Солнца. А поток излучения пропорционален температуре в четвертой степени. Иными словами, если температура падает немного, (а температура пятен около 4000-4500 градусов), то при этом поток излучения падает значительно. Вот и кажутся пятна на фоне 5780 К поверхности черными дырами в Солнце.

Фото наземной солнечной обсерватории "Большой Медведь" в видимом диапазоне.

Комета Лавджой C/2011 W3 (Lovejoy), приближающаяся к Солнцу. Входит в семейство околосолнечных комет Крейца, которые проходят очень близко к светилу. 16 декабря 2011 года, космический телескоп "Хинодэ".

По краю Солнца (лимбу) в видимом диапазоне всегда видно потемнение. - Это верхние холодные слои атмосферы. А если смотреть в центр - луч зрения будет проходить вглубь, вплоть до предела прозрачности в более горячие и поэтому более яркие слои.

А это вчерашнее фото в видимом диапазоне от орбитальной Обсерватории Солнечной Динамики (SDO).
Ну, ничего не происходит, да. Неактивный период Солнца, что делать..

В левом верхнем углу (просто для сравнения) - Земля с соблюдением масштаба.

Детекторы видимого диапазона SDO использует не только широкополосное излучение, но и полосу нейтрального железа (Fe I) на длине волны 617,3 нм.

Если фотографировать не в широком диапазоне излучения, а выделить из всего спектра одну узкую спектральную линию, получаются намного более богатые деталями снимки Солнца. Что это за линии?
На фото обсерватории МакМата-Пирса, которая через призму разложила солнечный свет (фото выше), на фоне сплошного спектра видны темные полосы. - Это индивидуальный почерк каждой звезды - фраунгоферовы линии. Они принадлежат присутствующим в звезде элементам, - нейтральным и в разной степени ионизации.

Как раз соотношение этих спектральных линий (а не энергия сплошного спектра) определяет спектральный класс звезды. Исходя из интенсивности и видов спектральных линий, была разработана Гарвардская спектральная классификация звезд. Именно по ней наше Солнце является желтым карликом (а не зеленым и не белым, как выходило бы на основании сплошного радужного спектра).

На сегодняшний день в спектре Солнца зафиксировано около 30 000 фраунгоферовых линий от 72 элементов.

Некоторые (далеко не все!) фраунгоферовы линии в видимом диапазоне спектра Солнца.
На длине волны 617,3 нм как раз располагается линия железа в оранжевом диапазоне. (Не всё ж НАСА от балды космические фото красить, могут иногда и в истинный цвет, когда захотят. Шутка.)

Часто даже любители используют для наблюдений телескопы с узким спектральным фильтром. Например, телескоп Coronado с полосой пропускания по линии водорода, электрон которого переходит с 3-го на 2-й уровень и испускает фотон с длиной волны 656 нм. Линия называется H-альфа (Hα). Тоже видимый диапазон в красной области спектра.

Фото с любительского телескопа Coronado в линии Hα. 2017 г.

Двойная корональная петля с Coronado в линии Hα. 2017г. Это выброс плазмы, который замкнутые магнитные поля Солнца заставляют падать обратно на поверхность.

Структура магнитного поля в районе солнечного факела.
Фото в линии Hα наземной Солнечной обсерватории "Большой Медведь". 2013 г.

Ультрафиолетовый диапазон
В видимом диапазоне мы наблюдаем преимущественно фотосферу и нижнюю хромосферу Солнца и, соответственно, процессы присущие этим слоям атмосферы звезды - пятна, гранулы, факелы и прочее.
Ультрафиолет дает нам представление о явлениях в верхней хромосфере и короне.
Температура в верхней хромосфере доходит до 20 000 К, в короне - до нескольких миллионов. Здесь можно наблюдать солнечные вспышки, выбросы волокон и протуберанцев, корональные и послевспышечные петли.

Хромосферу можно наблюдать в ближнем ультрафиолете на двух линиях ионизированного кальция - 393,4 нм и 396,8 нм, это почти видимый фиолетовый диапазон.

Глубинный слой солнечной хромосферы в линии ионизированного кальция 393,4 нм. Хорошо видны хромосферная сетка, покрывающая всю поверхность Солнца и пятна - места выхода сильных магнитных полей.
Фото с любительского телескопа

В экстремальном ультрафиолете (на границе с рентгеном) на длинах волн 13-20 нм, видна исключительно солнечная корона с её элементами, а хромосфера и фотосфера вообще не видны.

Наблюдения за Солнцем в ультрафиолете ведут несколько космических аппаратов - SOHO, японский телескоп "Хинодэ", SDO - Обсерватория солнечной динамики НАСА и другие.

Прохождение Венеры по диску Солнца в 2012 г. SDO
Солнце снято в трех длинах волн экстремального ультрафиолета - 17,1, 19,3, 21,1 нм.
Справа вверху (темно-синим) видна огромная корональная дыра. Это, конечно же не провал в недра Солнца, а область разомкнутых магнитных линий, где плазма перестаёт удерживаться в околосолнечных областях и устремляется прочь от Солнца, становясь солнечным ветром.

Один и тот же протуберанец на Солнце на разных длинах волн в ангстремах.(1 Å = 10 нанометров)

Прохождение кометы Лавджой (Lovejoy) 2011 г. теперь в ультрафиолете с коронографа SOHO.

Группа солнечных пятен, которые явились виновниками множества солнечных вспышек в начале 2014 года.
Выше - изображение, сделанное телескопом "Хинодэ" в линии ионизированного кальция. Ниже - снимок того же региона спустя 5 дней от SDO.

Очень впечатляющи снимки Солнца в линии ионизированного гелия - 30,4 нм.
На снимках виден переходный слой - очень тонкий слой солнечной атмосферы, отделяющий корону Солнца от хромосферы. Фиксируются на этой длине волны также разнообразные протуберанцы, выбросы корональной массы, вспышки.

Выброс корональной массы (более миллиарда тонн вещества) в космос. 2002 г.
Фото с одного из спектрометрических коронографов космического аппарата SOHO. В коронографах стоит экран, затмевающий изображение Солнца в фокусе. Для эффекта тут в центр наложено фото, сделанное в другой день, тоже на длине волны 30,4 нм.

Вчерашние скомбинированные фото SDO.
Что можно было увидеть вчера на Солнце в разных диапазонах:
- 160 нм - фотосфера 6 000 К. Ничего особо примечательного, как и в видимом диапазоне.
- 30,4 нм - верхняя хромосфера 50 000 К. Видна структура переходного слоя, протуберанцы.
- 19,3 нм - корона 1 250 000 К. На полюсе и в центре видны корональные дыры и какая-то маленькая вспышка.

Снимок 22 ноября 2014 с орбитальной обсерватории SDO, 17,1 нм.
SDO наблюдает частичные солнечные затмения несколько раз в год. На Солнце тут у нас плазменные петли, которые могут держаться несколько дней, вспышки и активные области горячей короны.

Комбинированный снимок на 3 волнах экстремального ультрафиолета. Охватывает слои короны с температурами от 1 до 2 миллионов градусов.
Заметны "лысые" макушки полюсов - корональные дыры.

Наглядное комбинированное фото из 10-ти различных диапазонов, на которых снимает космическая обсерватория SDO. - Один - видимый, в линии нейтрального железа, два - в дальнем ультрафиолете и семь диапазонов экстремального УФ, в основном на линиях многократно ионизированного железа.

А теперь - фото выше, но все вместе. - 100-миллионный снимок, сделанный Обсерваторией солнечной динамики SDO. Для создания фото использовалось параллельно все четыре телескопа обсерватории, которые по очереди фотографируют Солнце с промежутком 12 секунд.