Задание 3, страница 275 - гдз по физике 11 класс учебник Закирова, Аширов

Задание 3

Дополните «паспорт» Солнца физическими характеристиками каждого слоя звезды и ее атмосферы: укажите температуру, давление и способ теплопередачи.

Ядро

Ядро — это центральная и самая горячая часть Солнца, занимающая около четверти его радиуса. Здесь под огромным давлением и при высокой температуре протекают реакции термоядерного синтеза, в ходе которых водород превращается в гелий, высвобождая колоссальное количество энергии.

Температура: около 15 миллионов K.

Давление: свыше 200 миллиардов земных атмосфер, или около $2.5 \times 10^{16}$ Па.

Способ теплопередачи: лучистый перенос. Энергия, рожденная в виде гамма-квантов, переносится во внешние слои путем излучения.

Ответ: Температура ~15 млн K, давление ~ $2.5 \times 10^{16}$ Па, способ теплопередачи — излучение.

Зона лучистого переноса

Этот слой простирается от ядра до примерно 0.7 радиуса Солнца. Вещество здесь настолько плотное, что фотоны, переносящие энергию, постоянно поглощаются и переизлучаются в случайных направлениях. Путь одного фотона сквозь эту зону может занимать сотни тысяч лет.

Температура: падает по мере удаления от центра с 7 до 2 миллионов K.

Давление: уменьшается от $10^{13}$ до $10^7$ Па.

Способ теплопередачи: исключительно излучение (лучистый перенос).

Ответ: Температура 2–7 млн K, давление ~$10^{13}–10^{7}$ Па, способ теплопередачи — излучение.

Конвективная зона

Внешний слой внутренних областей Солнца. Здесь плазма становится менее прозрачной для излучения, и энергия начинает переноситься более эффективно за счет перемешивания вещества — конвекции.

Температура: падает с 2 миллионов K до примерно 5800 K на видимой поверхности.

Давление: продолжает падать по мере приближения к поверхности.

Способ теплопередачи: конвекция. Горячие потоки плазмы поднимаются к поверхности, остывают, отдавая энергию, и опускаются обратно вглубь, формируя гигантские конвективные ячейки.

Ответ: Температура ~5800 K – 2 млн K, давление падает к поверхности, способ теплопередачи — конвекция.

Фотосфера

Это видимая поверхность Солнца — тонкий слой, из которого исходит основная часть видимого нами света. Именно на фотосфере наблюдаются такие явления, как солнечные пятна и грануляция (след конвективных ячеек).

Температура: в среднем около 5800 K.

Давление: очень низкое по сравнению с недрами, около $10^4$ Па (примерно 0.1 от атмосферного давления на Земле).

Способ теплопередачи: излучение. Энергия, доставленная из недр, беспрепятственно излучается в космическое пространство.

Ответ: Температура ~5800 K, давление ~ $10^4$ Па, способ теплопередачи — излучение.

Хромосфера

Слой атмосферы, расположенный непосредственно над фотосферой. Он виден во время полных солнечных затмений как розовая кайма вокруг диска Луны. Здесь наблюдаются протуберанцы и вспышки.

Температура: парадоксально возрастает с высотой от 4000 K у основания до 20 000 K наверху.

Давление: чрезвычайно низкое, падает с высотой от ~1 Па до ~$10^{-4}$ Па.

Способ теплопередачи: сложный механизм, включающий поглощение и переизлучение света от фотосферы, а также перенос энергии из недр за счет магнитогидродинамических волн.

Ответ: Температура 4000–20 000 K, давление ~$1–10^{-4}$ Па, способ теплопередачи — излучение и магнитогидродинамические волны.

Солнечная корона

Самая внешняя и разреженная часть солнечной атмосферы, простирающаяся на миллионы километров в космос. Она имеет очень сложную структуру из петель и потоков, формируемых магнитным полем Солнца, и переходит в солнечный ветер.

Температура: аномально высокая, в среднем 1–3 миллиона K.

Давление: исключительно низкое, порядка $10^{-9}$ Па.

Способ теплопередачи: точный механизм нагрева (проблема коронального нагрева) до сих пор является предметом исследований. Считается, что энергия переносится из нижних слоев магнитным полем (через нановспышки, магнитные пересоединения, альфвеновские волны). Тепло отводится за счет излучения в рентгеновском диапазоне и с потоком частиц солнечного ветра.

Ответ: Температура 1–3 млн K, давление ~ $10^{-9}$ Па, способ переноса энергии — процессы, связанные с магнитным полем.