Джерело тепла та вироблення енергії від сонця
Оскільки відомо масу Сонця, а також його діаметр, пришвидшення, яке відбувається завдяки силі тяжіння на поверхні Сонця, можна розрахувати дуже просто: воно становить приблизно 27 г. Сила тяжіння на поверхні Сонця в 27 разів перевищує силу тяжіння на поверхні Землі.
Вага самих зовнішніх шарів Сонця лежить на шарах знизу і стискає ці шари зі збільшенням глибини. Тому тиск і щільність у сонячному матеріалі швидко зростають із збільшенням глибини, внаслідок чого тиск, що панує там у кожному місці на Сонці, завжди такий великий, що тиск несе навантаження всіх шарів вище.
Тиск досягає найвищого значення в центрі Сонця: 200 млрд бар. Щільність сонячної плазми тут становить 156 грамів на кубічний сантиметр, що у вісім разів щільніше золота.
Сонце складається на 98% з хімічних елементів водню та гелію. На землі ми знаємо ці елементи як гази. При стисненні газу його температура підвищується. Зі збільшенням температури атоми газу все більше стикаються і втрачають електрони. Газ іонізується, роблячи його електропровідним і непрозорим. У цьому стані його називають «плазмою». Плазма - четвертий агрегатний стан речовини.
При нормальному тиску гази майже повністю іонізуються при температурі 15000 ° К і, таким чином, є плазмою. Однак на сонці температури і тиски значно вищі.У плазмі діють закони термодинаміки. Тому в сильно стиснутій плазмі дуже жарко. У центрі Сонця тиск становить 200 мільярдів бар, і завдяки цьому тиску температура становить близько 15 мільйонів градусів.
Висока температура всередині сонця є причиною того, чому поверхня Сонця нагрівається настільки, що вона яскраво світиться. Тому сонце - це зірка.
Усі зірки світять, бо тиск і, отже, температура в їхніх ядрах настільки високі, що поверхня розглянутої зірки яскраво світиться і сяє навколо неї. Чим більша маса зірки, тим вищий тиск у її серцевині і вищі там температури.
Через високу температуру в сонячному ядрі відбувається дуже інтенсивне та високоенергетичне випромінювання. Це випромінювання настільки інтенсивне, що здійснює тиск на навколишнє речовина. Цей радіаційний тиск разом із надзвичайно щільним і, отже, дуже твердим матеріалом ядра Сонця, несе шари Сонця, які обтяжують сонячне ядро. Як результат, радіаційний тиск заважає шарам сонця, що лежать на сонячному ядрі, поступово стискати сонячне ядро до постійно зменшуваного обсягу.
Однак від ядра Сонця, яке нагрівається на багато мільйонів градусів, опромінююча енергія постійно досягає навколишньої радіаційної зони Сонця. Ця енергія дуже повільно проходить через зону випромінювання і, нарешті, досягає зони конвекції. Через зону конвекції ця енергія піднімається на поверхню Сонця і випромінюється там: Таким чином, Сонце постійно втрачає енергію в 380 трильйонів кіловат.
Сонце має компенсувати цю втрату енергії. Якби це не робилося, сонячне ядро поступово охолоджувалось би в результаті втрати енергії. Це призведе до падіння радіаційного тиску в ядрі Сонця, і серцевина Сонця тоді буде повільно стискатися все більше і більше від сонячних шарів, які тяжіють на ньому. Це призведе до того, що температура в сонячному ядрі знову підвищиться, але енергія, що виділяється, в кінцевому підсумку також стікає на поверхню сонця і випромінює там. В кінці процесу матеріал сонячного ядра буде настільки стисненим, що його вже не можна стискати. З цього моменту ядро сонця стало постійно прохолодніше, сонце буде світити дедалі слабше і з часом йому доведеться згаснути.
Але Сонце компенсує свої постійні втрати енергії, оскільки в надзвичайно щільному матеріалі сонячного ядра через його високих температур відбуваються реакції ядерного синтезу, які виділяють стільки енергії, що ця енергія замінює енергію, що витікає з ядра на поверхню.
Ні в зоні ядра Сонця, ні в зоні випромінювання, що перекривається, не відбувається обмін матеріалом, оскільки речовина там стабільно розшаровується в кожній точці через пануючий там тиск і щільність. Тільки при переході до зони конвекції, приблизно на 230 000 км під поверхнею Сонця, тиск і щільність речовини в сонячному матеріалі досить низькі, щоб конвекційні струми могли там виникнути. На цій глибині існує енергетичний потік приблизно 100 МВт/м2 до поверхні Сонця.
При переході в зону конвекції гаряча щільна плазма вдається трохи розширитися через нижчий тиск навколишнього середовища в порівнянні з радіаційною зоною. Це робить його легшим і піднімається у вигляді конвекційної комірки через дещо холоднішу і, отже, щільнішу плазму зони конвекції над нею. Нарешті, гаряча плазма досягає фотосфери, де випромінює енергію, охолоджує її, стає щільнішою і важчою в результаті охолодження і, нарешті, опускається назад в глибину зони конвекції, де вона знову нагрівається в контакті з більш гарячою плазмою і знову піднімається. Це створює вічний цикл.
Кількість сонячної плазми, що протікає в конвекційній комірці, величезна, і протікаюча плазма несе величезну кількість енергії. Одночасно піднімаються десятки тисяч конвекційних комірок, кожна з яких може покрити обсяг у кілька сотень мільйонів кубічних кілометрів, а плазма тече тут зі швидкістю до декількох 100 м/с. Оскільки течуча плазма складається з електрично заряджених частинок, кожен потік у плазмі представляє величезний електричний струм, який викликає величезні та дуже енергетичні магнітні поля, лінії поля яких вбудовані в навколишню плазму. Оскільки електропровідність сонячної плазми відповідає електропровідності металевої міді, лінії магнітного поля не можуть вільно рухатися по плазмі, в яку вони вбудовані, але повинні рухатися разом із плазмою. Тому течуча плазма формує структуру і розподіл вкладених в неї ліній магнітного поля. Тут магнітне поле в плазмі динамічно стискається і посилюється в одних зонах, а в інших зонах розривається і послаблюється. Коли плазма досягає поверхні Сонця, вкладені в неї польові лінії магнітних полів можуть виходити в космос.