1 Солнце и солнечная активность С. А. Красоткин 1, Э. В. Кононович 2



страница3/18
Дата22.06.2019
Размер1.08 Mb.
ТипГлава
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   18

2.4 Светимость Солнца


Для многих задач астрофизики и геофизики важно знать точное значение мощности излучения всего Солнца, т.е. светимость, а также энергетическую освещенность от Солнца на расстоянии 1 а.е. Эта величина называется солнечной постоянной и определяется как полное количество лучистой солнечной энергии, проходящей за единицу времени через единицу площади, перпендикулярной направлению на Солнце и расположенную за пределами земной атмосферы. В настоящее время значение солнечной постоянной Q известно с погрешностью около ±0.3 %: = (1366±4) Вт/м2 ≈ 1.95 кал/(см2∙мин).

Умножая эту величину на площадь сферы с радиусом в 1 а.е., получим полное количество энергии, излучаемой Солнцем по всем направлениям в единицу времени, т.е. его болометрическую светимость. Она равна 3.84 1026 Дж/с. Единица условной поверхности Солнца 1 м2 излучает 63.1 МВт. Систематические измерения солнечной постоянной были организованы около 100 лет тому назад с целью уточнить ее величину и пределы ее возможных изменений. Наблюдения производились с поверхности Земли, где поток солнечного излучения уменьшается из-за поглощения и рассеяния в земной атмосфере и составляет 800 – 900 Вт/м2. Было разработано несколько вариантов специализированных приборов, называемых пиргелиометрами и радиометрами. Их задача измерять в абсолютных энергетических единицах полное количество солнечной энергии, падающее за определенное время на площадку известной величины. Показания пиргелиометра отличаются от солнечной постоянной из-за эксцентриситета орбиты Земли, а также из-за ослабления излучения в ее атмосфере (см. рис. 2.4.1)..





Рисунок 2.4.1. Запись интегрального солнечного спектра от всего диска (а), сглаженная кривая (б) и внеатмосферное распределение энергии (в).

Объективные трудности учета атмосферных искажений ограничивают точность наземных определений величины солнечной постоянной до ±1%. В результате тщательного математического анализа многолетних наземных измерений с пиргелиометрами было установлено, что возможные вариации солнечной постоянной не должны превышать нескольких десятых долей процента. Реальные изменения солнечной постоянной были обнаружены после размещения высокоточных радиометров на спутниках. Эти вариации можно разделить на две составляющие: 1) долгопериодические порядка 0.1 % – последние двадцать лет ХХ столетия они по фазе совпали с 21-ым и 22-ым 11-летними циклами солнечной активности: в максимумах этих циклов солнечная постоянная возрастала, а в минимумах она убывала; 2) краткосрочные вариации с характерным временем в несколько суток и максимальной амплитудой от +0.2% до –0.4%, обусловленные прохождением по солнечному диску ярких факелов и темных пятен. Таким образом, Солнце, строго говоря, является переменной звездой. Его болометрическую переменность иллюстрирует рис. 2.4.2, на котором видно, что показания радиометров изменяются со временем подобно друг другу, но заметно различаются по абсолютной величине. Следовательно, внутренняя точность измерений конкретного прибора существенно выше точности его абсолютной калибровки. Для калибровки радиометров используют метод электрического замещения, основанный на выравнивании теплового эффекта от солнечного излучения и электрического тока. Для этого приемник лучистой энергии и электронагревательный элемент совмещают в единой конструкции. Чтобы излучение поглощалось практически полностью, приемник изготавливают обычно в виде зачерненной полости. Полость последовательно освещается Солнцем и затеняется для нагревания током. Иногда применяют два идентичных приемника один освещенный, а другой затемненный, но нагреваемый током. Эквивалентность замещения определяется с помощью термочувствительных датчиков. Мощность тока замещения измеряется и служит мерой солнечной постоянной. Каждый изготовленный радиометр тщательно исследуют для определения поправок к его показаниям. В частности, находят поправки на неполное поглощение солнечного излучения и некоторую неэквивалентность замещения.





Рисунок 2.4.2. Результаты измерений солнечной постоянной, выполненные при помощи различных ИСЗ в 21 и 22 солнечном циклах (а); кривая относительных чисел солнечных пятен (б).

2.5 Температура внешних слоев Солнца


По яркости излучения тела можно судить о температуре внешних его слоев. Определяемая полным потоком излучения эффективная температура Солнца, оказалась около 5780 K, в то время как положение максимума излучения в спектре Солнца соответствует температуре, определенной по закону Вина, около 6750 K. По относительному распределению энергии в различных участках спектра можно заподозрить, что температура сильно меняется даже в пределах только видимой области. Так, например, в интервале длин волн 4700 – 5400 Å относительное распределение энергии такое же, как у тела с температурой 6500 K, а рядом, в области длин волн 4300 – 4700 Å, – около 8000 K. Яркостная температура меняется по спектру в еще более широких пределах. На участке спектра 1000 – 2500 Å она возрастает от 4500 до 5000 K, проходя при этом через минимальное значение около 4200 K в окрестности длин волн 1500 Å. В зеленых лучах (5500 Å) яркостная температура близка к 6400 K, а в радиодиапазоне (метровые волны) достигает миллиона кельвинов. Для наглядности все перечисленные результаты сведены в табл. 2.5.1. Различие между температурными параметрами, приведенными в табл. 2.5.1, имеет принципиальное значение и приводит к важному выводу о том, что излучение Солнца отличается от излучения абсолютно черного тела. В противном случае все значения температур, приведенные в табл. 2.5.1, были бы одинаковыми. Главная причина этого в том, что непрозрачность и температура солнечного вещества меняются с глубиной. Действительно, непрозрачность сильно нагретых газов неодинакова для излучения различных длин волн. В ультрафиолетовых лучах поглощение больше, чем в видимых. Горячий газ сильнее всего поглощает радиоволны. Поэтому радио-, ультрафиолетовое и видимое излучения приходят соответственно от все более и более глубоких слоев Солнца. Учитывая наблюдаемую зависимость яркостной температуры от длины волны, получаем, что где-то вблизи условной поверхности Солнца расположен слой, обладающий минимальной температурой (около 4200 K), который можно наблюдать в далеких ультрафиолетовых лучах в области 1500 – 1600 Å. Выше и ниже этого слоя температура быстро растет. Учитывая, что в более глубоких, ненаблюдаемых слоях Солнца температура может только расти, можно прийти к выводу о высокой температуре всюду на Солнце за исключением некоторого слоя, где она падает не ниже, чем до 4 – 5 тысяч кельвинов, где вещество частично может находиться в молекулярном состоянии. Всюду в остальных слоях оно находится в атомарном и сильно ионизованном состоянии.


Метод

Результат

T, К,


Название параметра температуры, характеризующего излучение

По максимуму излучения (закон Вина)

6750



По общему потоку излучения (закон Стефана-Больцмана)

5770

Эффективная температура

По интенсивности монохроматического излучения (закон Планка)




Яркостная температура

λ = 1000 Å

4500

λ = 1500 Å

4200

λ = 2000 Å

4700

λ = 2500 Å

5000

λ = 4000 Å

6500

λ = 6000 Å

6200

λ = 8000 Å

6000

λ = 0.2 мм

4400

λ = 1 м

1000000

По относительному распределению энергии в интервале

4700 –5400 Å

4700 –5400 Å

6500


8000

Цветовая температура



Таблица 2.5.1. Параметры, характеризующие «температуру» внешних слоев Солнца, определенную различными методами

Каталог: model
model -> Общие положения 1Назначение Модели угроз 8
model -> Проект ниох со ран «Фундаментальные основы создания органических и гибридных наноструктурированных материалов для фотоники, сенсорики, электроники»
model -> Изложение двигатель, коробка передач и полный привод Ходовая часть нового Porsche Cayenne 14
model -> Материалы и инструменты
model -> Деятельности музея муниципального образования ульяновской области
model -> Масштабные изменения в структуре нашего общества привели к увеличению количества проблем воспитания детей во многих семьях, вследствие чего возникает острая необходимость в пересмотре системы воспитания детей в целом, а именно


Поделитесь с Вашими друзьями:
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   18


База данных защищена авторским правом ©vossta.ru 2019
обратиться к администрации

    Главная страница