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


СОЛНЕЧНОЕ ЯДРО 3.1 Физические условия в недрах Солнца



страница4/18
Дата22.06.2019
Размер1.08 Mb.
ТипГлава
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   18

3. СОЛНЕЧНОЕ ЯДРО

3.1 Физические условия в недрах Солнца


Одновременно с ростом температуры в глубину под фотосферу Солнца должно возрастать и давление, определяемое весом вышележащих слоев. Плотность также увеличивается. В каждой внутренней точке Солнца должно выполняться условие гидростатического равновесия, означающее, что разность давлений, испытываемых каким-либо элементарным слоем (например, AB на рис. 3.1.1) должна уравновешиваться гравитационным притяжением всех более глубоких слоев. (В силу сферической симметрии, как показал еще Ньютон, внешние слои не дают вклада в силу тяжести.) Если давление на верхней границе слоя A обозначить через P1, а на нижней B – через P2, то равновесие будет иметь место при условии, что P2 – P1 = gH, где  – средняя плотность слоя AB, H -- его толщина, а g – соответствующее значение ускорения силы тяжести.



Рисунок 3.1.1. К определению давления внутри Солнца

Среднюю плотность  можно положить равной среднему арифметическому значений плотности 1 и 2 на верхней и нижней границах слоя AB: =(1+2)/2.

Используя уравнение состояния газа, получим:  = (P1+P2)/(2RgT), а подставляя это значение в предыдущую формулу, имеем: P2 - P1 = (P2 + P1)gH/(2RgT).

Выражение RgT/(g) = H0 измеряется в единицах длины и имеет важный физический смысл: подставив его вместо Н в предыдущее выражение, получим P2 = 3P1., так что при постоянной температуре давление и плотность в пределах слоя Н0 меняются приблизительно в три раза. Из решения соответствующего дифференциального уравнения следует, что точное значение изменения равно основанию натуральных логарифмов e = 2,7183. Величина H0 называется шкалой высоты. Она показывает, на каком расстоянии происходит изменение плотности в e раз. При T = 10000 K,  = 0.5∙103 моль/кг (ионизованный водород) и g = 2.7∙102 м/с2, что примерно соответствует условиям в наружных слоях Солнца, имеем H= 6∙105 м, т.е. рост плотности втрое происходит при продвижении вглубь на 600 км. Глубже температура растет, увеличивается шкала высот H0, а также давление. При этом возрастание плотности замедляется. Некоторое представление об условиях в недрах Солнца можно получить, если предположить, что вещество в нем распределено равномерно. Очевидно, что модель такого "однородного" Солнца должна хорошо представлять реальное Солнце где-то в средней точке, например на глубине, равной половине радиуса. При постоянной плотности ее значение совпадает с уже известным нам средним значением  = 1,4 г/см3. Давление в средней точке равно весу радиального столбика вещества сечением 1 см2 и высотой R0/2 (см. рис. 3.1.1 б), т.е. P = 0 gср R0\ 2.

В средней точке ускорение силы тяжести gср определяется массами, заключенными внутри сферы с радиусом R0/2 : gср=GM/(2R2) = g/2 = 1,37x102 м/c2, так как внутри этой сферы при однородном распределении масс заключена 1/8 часть всей массы Солнца. Соответствующее значение давление в рассматриваемой точке имеет вид: Pcp= GcpM/(4R)  6.6∙1013 Па

Зная давление и плотность, из уравнения состояния идеального газа легко найти температуру Tср в средней точке: Tср = Pср/(Rgср) = 2.8∙106 K.

В результате получились грубые оценки значения следующих физических характеристик «однородного Солнца» на глубине, равной половине радиуса R/2:

ср = 1.4 г/см3, (1.34 г/см3),

Pср = 6.6∙1013 Па, (7.1∙1013 Па)

Tср = 2.8∙106 К, (3.8∙106 K).

В скобках приведены те же величины, рассчитанные точными методами, учитывающими неоднородность в распределении вещества на Солнце. Таким образом, для средней точки предположение о равномерном распределении масс приводит к правдоподобным результатам. В центре Солнца давление, плотность и температура должны быть еще больше. В табл. 3.1.1 приведены результаты строгого расчета модели внутреннего строения Солнца, т.е. зависимости физических параметров газа в недрах Солнца от глубины.


Расстояние от центра, R/R

Температура Т, K

Давление Р, Па

Плотность ρ, г/см3

Ядро энерговыделения

0

0.1


0.2

1.55 107

1.31 107

9.42 106








Лучистая зона

0.3

0.4


0.5

0.6


6.81 106







Конвективная зона

0.7

0.8


0.9

0.98











Фотосфера

1.00

4.56х103







Таблица 3.1.1. Модель внутреннего строения Солнца

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