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



страница9/18
Дата22.06.2019
Размер1.08 Mb.
ТипГлава
1   ...   5   6   7   8   9   10   11   12   ...   18

4.4 Фотосфера


Фотосферой называются те слои солнечной атмосферы, в которых образуется видимое излучение, имеющее непрерывный спектр. Таким образом, в фотосфере излучается практически вся приходящая к нам солнечная энергия. Фотосфера видна при непосредственном наблюдении Солнца в белом свете в виде кажущейся его поверхности. Первое, что бросается в глаза при таких наблюдениях, плавное потемнение солнечного диска к краю. По мере удаления от центра яркость убывает все быстрее и быстрее, особенно на самом краю, который оказывается очень резким. Потемнение диска Солнца к краю объясняется тем, что в фотосфере температура растет с глубиной. Различные точки солнечного диска обычно характеризуются углом Θ, который составляет луч зрения с нормалью к поверхности Солнца в рассматриваемом месте (рис. 4.4.1 слева). В центре диска этот угол равен нулю, и луч зрения совпадает с радиусом Солнца. На краю Θ = 90, и луч зрения направлен по касательной к слоям Солнца. Большая часть излучения непрозрачного слоя газа исходит от уровня, находящегося на оптической глубине τ≈1. Когда луч зрения пересекает слои под большим углом Θ, оптическая глубина τ=1 достигается в более внешних слоях, где температура меньше. Вследствие этого интенсивность излучения от краев солнечного диска меньше интенсивности излучения его середины (рис. 4.4.1 справа). Точные измерения распределения яркости по диску Солнца позволяют рассчитывать изменение с глубиной важнейших характеристик фотосферы.

Поскольку при переходе от центра диска к краю изменяется угол между лучом зрения и нормалью к слоям, уровень τ=1 в различных точках солнечного диска оказывается на различной глубине, если ее измерять вдоль нормали к слоям (т.е. вдоль радиуса Солнца).





Рисунок. 4.4.1. Определение положения точки на диске Солнца и объяснение потемнения солнечного диска к краю

Протяженность фотосферы составляет около 180 км, сто соответствует примерно 1/4000 часть солнечного радиуса. Следовательно, существенное изменение плотности происходит в фотосфере на протяжении всего сотен километров. Плотность в фотосфере меняется от 0.1∙10-7 г/см3 в верхних слоях до примерно 5∙10-7 г/см3 в глубоких (земной воздух имеет такую плотность на высотах от 30 до 60 км над уровнем моря). Остальные слои атмосферы Солнца разрежены еще сильнее, давление газа меняется от 5∙102 до 2.5 Па

Толщина фотосферы, т.е. протяженность слоев, откуда к нам приходит более 90% излучения, наблюдаемого в видимых лучах от центра диска Солнца, менее 200 км, что составляет около 3∙10-4 радиуса Земли. Как показывают расчеты, при наблюдении по касательной к таким слоям их видимая толщина уменьшается в несколько раз, вследствие чего вблизи самого края солнечного диска (лимба) наиболее быстрое падение яркости происходит на протяжении менее 10-4 RС. Поэтому край Солнца кажется исключительно резким. Итак, фотосфера – тонкий непрозрачный слой газа протяженностью в несколько сотен километров, с концентрацией частиц около 1016 – 1017 см-3, температурой 5 – 7 тыс. K и давлением около 0.1 атм. При таких условиях все атомы с небольшими потенциалами ионизации (в несколько вольт, например Na, K, Ca) ионизуются. Остальные элементы, в том числе водород, энергия ионизации которого 13.6 эВ, остаются преимущественно в нейтральном состоянии. Фотосфера – единственный на Солнце слой, где водород почти нейтрален. Однако из-за ионизации атомов практически всех металлов в фотосферных слоях все же имеются свободные электроны. В соответствии с химическим составом фотосферы, их концентрация составляет около 10-4 от концентрации водорода. Эти электроны играют исключительно важную роль: соединяясь с нейтральными атомами водорода, они образуют отрицательные ионы водорода Н-, т.е. атомные системы не c одним, как у обычного водорода, а с двумя электронами.

Отрицательные ионы водорода образуются в ничтожном количестве: из ста миллионов водородных атомов в среднем только один превращается в отрицательный ион. Ионы Н- обладают способностью поглощать излучение, причем сильнее всего в области длин волн около 8500Å. Поскольку в ближней инфракрасной и видимой областях спектра остальные источники поглощения значительно слабее, ионы Н-, несмотря на свою ничтожную концентрацию, являются основным агентом, определяющим поглощение видимого излучения фотосферным веществом. Во всей области спектра от 4000 до 10000Å коэффициент поглощения почти не меняется с длиной волны (серое вещество) и для T=5600 К с точностью до 10% равен 0.4 г/см2. Поглощая свет, отрицательный ион водорода чаще всего распадается на атом обычного водорода и свободный электрон, приобретающий часть энергии поглощенного кванта. Поглощение или излучение светового кванта может произойти и без разрушения иона Н- в момент его столкновения со свободным электроном, который переходя на другую орбиту, поглощает или излучает соответствующую энергию. Таким образом, тот зеленовато-желтоватый свет, который мы привыкли называть белым и который мощным потоком струится от Солнца, освещая и согревая Землю, рождается в момент приближения к простейшему из всех атомов – водородному – еще одного свободного электрона.

Наблюдения фотосферы при хороших атмосферных условиях позволяют обнаружить ее тонкую структуру, напоминающую тесно расположенные кучевые облака, наблюдаемые сверху с самолета. Светлые округлые образования называются гранулами, а вся структура – грануляцией (рис 4.4.2). Угловые размеры гранул в среднем составляют не более 1'', что при расстоянии в 1 а.е. соответствует 725 км на Солнце. Каждая отдельная гранула живет в среднем 5 – 10 мин, после чего она распадается, а на ее месте возникают новые. Гранулы окружены темными промежутками, образующими как бы ячейки, или соты. Спектральные линии в гранулах и промежутках между ними смещены соответственно в синюю и красную стороны. Это означает, что в гранулах вещество поднимается, а вокруг них опускается. Скорость этих движений составляет 1 – 2 км/с. Грануляция – наблюдаемое в фотосфере проявление конвективной зоны в масштабе самого верхнего яруса конвективных элементов (ячеек конвекции) с размерами 1 – 2 тысячи километров, расположенного непосредственно под фотосферой.



Рисунок 4.4.2. Примеры грануляции на Солнце


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   ...   5   6   7   8   9   10   11   12   ...   18


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

    Главная страница