Реферат: Солнце и его строение
Тема: Солнце и егостроение
Муниципальнаяобщеобразовательная
Школа № 139Октябрьского района.
Выполнила:Ученица 8 «А» класса
Тишкова Оксана
Руководитель:Ярославцева Ольга
Александровна.
Содержание:
Цельработы___________________________________стр.2
Химические свойства___________________________ стр.3-4
Температура поверхностиСолнца_________________ стр.5-6
Температура в недрахсолнца_____________________ стр.7-8
Заключение, Списоклитературы__________________ стр.9
Рисунки_______________________________________стр.10
Цель работы
Цель моей работы рассмотретьСолнце и его свойства, что позволит узнать о Солнце много нового: истинныйвозраст Солнца, его химические составляющие, температуру как на поверхности таки в его недрах. И узнать учёных которые посвятили себя изучению Солнца
Химические свойства
Возраст Солнца примерно равен 4,7миллиарда лет. Кто знает, как долго пребывало Солнце в своём гордомодиночестве, прежде чем неведомая странница облагодетельствовала его семьёй?Ведь возможно, что планетная система появилась сравнительно недавно, а егособственное существование исчисляется десятками или даже сотнями миллиардовлет.
Подобный чудовищный срок жизниСолнца стал казаться реальным с тех пор, как был понят взаимный переход массы вэнергию и обратно. Излучение Солнца поддерживалось за счёт его массы, но ктомог сказать, какова была его первоначальная масса? Если она была вдвое большесовременной и убывала постоянно с теперешней скоростью, то для того, чтобыобладать своей теперешней массой, Солнце должно было просуществовать 1 500миллиардов лет. И следовательно, при нынешней мощности излучения ему предстоитпросуществовать ещё около 1 500 миллиардов лет, прежде чем оно исчезнет совсем.
Однако представляется чрезвычайномаловероятным, чтобы масса терялась с одинаковой скоростью до полногоисчезновения. Физики, работавшие с атомными ядрами, убедились, что энергияпроизводится за счёт массы обычно в тех случаях, когда ядра одного вида превращалисьв ядра другого вида. При этом лишь очень незначительная часть общей массыпреобразуется в энергию. Таким образом, если Солнце получает свою энергию отпроходящих внутри него ядерных реакций, оно может потерять лишь незначительнуюдолю своей массы. Затем, когда все ядра его вещества будут преобразованы вядра нового вещества, ядерные реакции прекратятся. И хотя Солнце сохранит ещёогромную массу, оно не будет производить никакой или почти никакой энергии.
Итак, количество содержащейся вСолнце энергии, а следовательно, и срок его существования в прошлом и вбудущем зависят от характера происходящих в нём ядерных реакций. Но как моглиучёные определить этот характер? На первый взгляд такая задача представляетсянеразрешимой: ведь сначала нужно определить, из
каких веществ состоит Солнце и вкаких условиях эти вещества находятся, а уж потом пытаться установить, какоготипа ядерные реакции будут происходить в таких веществах при подобных условиях.
Да, конечно, это очень сложнаязадача. Во-первых как определить химический состав Солнца с расстояния 150 000 000км.? В начале XIX в. казалось нелепым даже мечтать оподобной возможности. Французский философ Огюст Конт (1798-1875), рассматриваявопрос об абсолютных пределах человеческого знания, в качестве примеранепознанных и навеки не познаваемых фактов привёл химический состав небесныхтел.
Однако не всё, что связанно сСолнцем, находится от нас на расстоянии 150 000 000км. Его излученияпреодолевает космическое пространство и достигает нас. По мере того как XIX в. близился к концу, учёные находили всё новые способыизвлекать всё больше сведений из этого излучения.
В 1929 г. американский астрономГенри Норрис Рессел (1877-1957) изучил солнечные спектры, и ему удалосьустановить, что солнце поразительно богато водородом. Он решил, что на водородприходится три пятых всего объёма Солнца. Это было абсолютной неожиданностью,так как водород, хотя и не является редким элементом в точном смысле этогослова, составляет всего лишь 0,14% земной коры.
Однако последующие исследованияпоказали, что Рессел был слишком осторожен в своей оценке. Недавние подсчёты американского астронома Дональда Говарда Мензела (род. 1901) показывают, чтоводород составляет 81,76% объёма Солнца, а гелий 18,17%, так что на долю всех остальныхэлементов остается только 0,07%.
По-видимому можно с уверенностьюсказать, что Солнце практически представляет собой светящуюся смесь водорода игелия в пропорции (по объему) 4:1. Английский астроном Джозеф Норман Локьер(1836-1920) предположил, что некоторые неопознанные линии солнечного спектрапринадлежат ещё не открытому элементу, который он в честь греческого богасолнца Гелиоса назвал гелием. На Земле же гелий был обнаружен шотландскимхимиком Ульямом Рамзеем (1852-1916) только в 1895 г.
Температура поверхности Солнца
Когда стал известен Химическийсостав Солнца, число ядерных реакций, которые могли бы служить возможнымисточником огромного количества вырабатываемой Солнцем энергии, резкосократилось. Само собой разумелось, что говорить можно было только о реакциях,топливом в которых служи водород и, может быть, отчасти гелий. Никакие другиеэлементы не представлены на Солнце в достаточных количествах.
В таком случае ежесекунднаяпотеря Солнцем 4 600 000т. массы — это потеря массы в результате превращенияводорода в гелий. Водород является ядерным топливом Солнца, а гелий — егоядерным «пеплом». Поскольку потеря массы в ходе превращения водородав гелий составляет 0,73% всей массы сливающегося водорода, ежесекундная потеря4 600 000т. массы означает, что каждую секунду 630 000 000т. водородапревращается в гелий.
Этот факт позволяетпредположительно оценить возраст Солнца. Общую массу Солнца можно вычислить,исходя из силы, с которой оно притягивает Землю на расстоянии 150 000 000 км;она составляет 2 220 000 000 000 000 000 000 000 000т. Каждую секунду прибавляется630 000 000т. водорода, и если мы примем, что первоначально Солнце состоялотолько из водорода, что атомы этого водорода всё время сливались в гелий содной и той же скоростью и что солнечное вещество всегда хорошо перемешивалось,то можно подсчитать, сколько требуется секунд, чтобы количество водородауменьшилось со 100 до 81,76%. Оказывается, на это потребовалось бы 20миллиардов лет. А для того, чтобы израсходовать всё оставшееся водородное топливо,потребуется ещё 90 миллиардов лет.
Разумеется, было бы слишком смелополагать, что скорость синтеза гелия из водорода останется неизменной до полногоистощения запаса топлива или что она всегда была такой же, как и теперь.Несомненно, присутствие разных количеств гелиевого «пепла» можетоказать влияние на скорость реакции или даже на её характер.
Но одного предположения, чтосолнечная энергия пополняется за счёт слияния водорода в гелий, было ещёнедостаточно. Необходимо было ещё доказать, что на Солнце существуют условиядля такого слияния. У нас на Земле есть большие запасы водорода, хотя бы вмировом океане, и всё же синтеза гелия из его атомов не происходит. Если бы ониначали сливаться, Земля взорвалась бы и испарилась, в очень маленькую и оченьнедолговечную звезду. С другой стороны, если бы такую реакцию можно былопроводить медленно и под контролем, человечество было бы обеспечено энергией намиллионы лет. Однако условия на Земле таковы, что возможность самопроизвольногослияния атомов водорода исключена, а учёным не удалось создать условий дляконтролируемой реакции. Единственное, что они сумели сделать, — это добиться неконтролируемогопревращения в гелий небольших количеств водорода, создав водородную бомбу 50-хгодов.
В 1893 г. немецкий физикВильгельм Вин (1864-1928) подробно изучил это явление. Каждой температуресоответствует свой максимум излучения — волна определённой длины, преобладающаяв этом излучении. Вин обнаружил, что по мере повышения температуры этот пик смещаетсяв сторону коротких волн, причём его смещение может быть выражено простойматематической формулой. Таким образом, если при излучении спектра какого-либопредмета удаётся установить пик излучения этого спектра, можно узнатьтемпературу самого предмета. Характер спектральных линий тоже меняется с изменениемтемпературы, и они тоже помогают её определить.
По солнечному спектру удалосьустановить, что температура поверхности Солнца составляет 6 000'С. Таким же способом можно определить температуруповерхности других звёзд, и некоторые из них оказались более горячими, чемСолнце. Температура поверхности Сириуса, например, равна 11 000'C, а у Альфы Южного Креста она достигает 21 000'C.
По земным представлениям очень поверхность Солнца оченьгоряча. Она достаточно горяча, чтобы расплавить и обратить в пар все известныенам вещества.
Температура в недрах Солнца.
Определение свойств поверхностиСолнца было огромным достижением — на первый взгляд оно вообще казалосьневозможным. Так насколько же труднее, думается, должно быть изучение недрСолнца!
Однако некоторые выводы о недрахСолнца сделать довольно легко. Например, мы знаем, что поверхность Солнцапостоянно излучает в пространство огромное количество тепла, и тем не менее еготемпература не меняется. Совершенно очевидно, что это тепло должно поступатьизнутри с той же скоростью, с какой оно излучается в пространство, а отсюдаследует, что недра Солнца должны быть более горячими, чем его поверхность.
Поскольку поверхность Солнца ужена столько горяча, что на ней превращаются в пар любые известные вещества, и посколькувнутренние области Солнца ещё горячее, напрашивается вывод, что всё Солнцегазообразно, что просто шар сверхраскалённого газа. Если это так, то можносчитать, что астрономам очень повезло, ибо свойства газа установить легче, чемсвойства жидкостей и твёрдых тел.
В 20-х годах ХХ в. вопросом овнутреннем строении Солнца занялся английский астроном Артур Стенли Эддингтон(1882-1944), исходивший из предположения, что звёзды представляют собой газовыешары.
Эддингтон рассуждал так: разСолнце — всего лишь газовый шар, то, если бы на него воздействовала только силаего собственного тяготения, оно стремительно сжалось бы. А поскольку этого непроисходит, значит, силу тяготения уравновешивает какая-то другая сила,действие которой направленно изнутри наружу. Такая направленная наружу сила моглавозникнуть благодаря стремлению газов расширяться под действием высокойтемпературы.
Исходя из значений массы Солнца исилы его тяготения, Эддингтон в 1926 г. рассчитал, какие температуры необходимыдля того, чтобы уравновешивать силу тяготения на различной глубине под поверхностьюСолнца. Он получил потрясающие цифры. Температура в центре Солнца должна быладостигать гигантской величины в 15 000 000'C. Согласносовременным расчётам она ещё выше: 21 000 000'C.
Несмотря на всю поразительностьэтих результатов, большинство астрономов согласилось с ними. Во-первых, такиетемпературы были необходимы для того, чтобы могло происходить слияние атомовводорода. Хотя поверхность Солнца намного холоднее, чем требуется для этойреакции, внутренние области, согласно расчётам Эддингтона, оказались,безусловно, достаточно горячими для неё.
Во-вторых, рассуждения Эддингтонапомогали объяснить и некоторые другие явления. Солнце находилось в состояниичуткого равновесия между силой тяготения, обращённой внутрь, и действиемтемпературы, направленным наружу.
После того как все астрономыпришли к согласию относительно температуры и давления во внутренних областяхСолнца, оставалось выяснить процессы, позволяющие водороду при этих условияхпревращаться в гелий со скоростью, которая была бы достаточна для объясненияобщего количества солнечного излучения. В 1939 г. американский физик, немец по происхождению,Ганс Альбрехт Бете (род. в 1906 г.) сумел разработать проходящий цикл ядерныхреакций. Скорость их протекания в условиях, царящих внутри Солнца, вполнеотвечала этим требованиям.
Таким образом, вопрос обисточнике солнечной энергии, поставленным Гельмгольцем в 40-х годах XIX в., Бете окончательно разрешил почти 100 лет спустя. Авместе с этим была также установлена возможная длительность жизни Солнца — 100 миллиардовлет.
Заключение.
Как бы то ни было, астрономыединодушно сходятся на том, что вся солнечная система — и Солнце и планеты — образовались в результате общего процесса. Другими словами, если Земля в еёнынешней форме существует 4,7 миллиарда лет, то можно считать, что и всясолнечная система (включая Солнце) в её нынешней форме существует 4,7 миллиардалет.
Список литературы.
А. Азимов «Вселенная»