Номер 6, страница 314 - гдз по физике 9 класс учебник Пёрышкин, Гутник

6. Расскажите об основных стадиях эволюции Солнца.

Строение и состав солнечной атмосферы

Солнечная атмосфера — это внешние газовые слои Солнца, которые простираются далеко за пределы его видимой поверхности. Атмосферу условно делят на три основные части, каждая из которых имеет свои уникальные характеристики:

• Фотосфера — это самый нижний и самый плотный слой атмосферы, который мы воспринимаем как видимую поверхность Солнца. Именно фотосфера излучает большую часть солнечной энергии, достигающей Земли.

  Толщина: около 300–400 км.

  Температура: падает с высотой от примерно 6500 К у основания до 4500 К на верхней границе. Эффективная температура поверхности составляет около 5778 К.

  Состав: преимущественно водород (около 74% по массе) и гелий (около 25% по массе). Остальные 1-2% приходятся на более тяжелые элементы (в астрономии их называют металлами), такие как кислород, углерод, неон, железо и др. Вещество фотосферы представляет собой слабо ионизированную плазму.

  Особенности: На поверхности фотосферы наблюдаются гранулы (структуры, создаваемые конвективными потоками плазмы) и солнечные пятна (более холодные и темные области с сильными магнитными полями).

• Хромосфера — слой, расположенный над фотосферой. Она гораздо менее плотная и обычно невидима на фоне яркой фотосферы. Наблюдать ее можно во время полных солнечных затмений как тонкое красноватое кольцо вокруг Луны.

  Толщина: около 2000–3000 км.

  Температура: в отличие от фотосферы, температура в хромосфере растет с высотой — от 4500 К у основания до 20 000 К и выше на границе с короной.

  Состав: такой же, как у фотосферы, но вещество находится в состоянии более ионизированной плазмы.

  Особенности: Характерными структурами хромосферы являются спикулы (короткоживущие струи газа), протуберанцы (гигантские выбросы вещества, удерживаемые магнитным полем) и вспышки.

• Солнечная корона — самая внешняя и наиболее разреженная часть солнечной атмосферы, простирающаяся на миллионы километров в космос. Она плавно переходит в солнечный ветер — поток заряженных частиц, который распространяется по всей Солнечной системе.

  Протяженность: несколько солнечных радиусов.

  Температура: аномально высокая, достигает 1–2 миллионов К. Причины такого сильного нагрева (корональная проблема) до сих пор являются предметом активных исследований.

  Состав: вещество представляет собой высокоионизированную плазму крайне низкой плотности. Из-за высокой температуры атомы теряют множество электронов.

  Особенности: Корона видна невооруженным глазом во время полных солнечных затмений как жемчужно-белое сияние. Она является источником солнечного ветра и местом возникновения корональных выбросов массы.

Ответ: Солнечная атмосфера состоит из трех основных слоев: фотосферы (видимая поверхность, температура ~5800 К), хромосферы (слой над фотосферой, температура растет до ~20 000 К) и солнечной короны (внешний, очень горячий слой с температурой 1-2 млн К). По химическому составу атмосфера, как и все Солнце, состоит в основном из водорода (~74%) и гелия (~25%), с небольшой примесью тяжелых элементов. Вещество находится в состоянии плазмы.

6. Расскажите об основных стадиях эволюции Солнца.

Эволюция Солнца — это жизненный цикл звезды типа "желтый карлик", который длится миллиарды лет. Его можно разделить на следующие основные стадии:

1. Протозвезда. Солнце образовалось около 4,6 миллиарда лет назад из гигантского межзвездного облака газа и пыли. Под действием гравитации часть этого облака начала сжиматься, образуя плотный и горячий сгусток в центре — протозвезду. Этот процесс продолжался десятки миллионов лет, пока температура и давление в ядре не стали достаточными для запуска термоядерных реакций.

2. Главная последовательность (текущая стадия). Когда в ядре началась реакция превращения водорода в гелий ($4 \ {}^1H \rightarrow \ {}^4He + 2e^+ + 2\nu_e + \gamma$), звезда достигла состояния гидростатического равновесия и стала звездой главной последовательности. В этом стабильном состоянии Солнце проведет большую часть своей жизни — около 10 миллиардов лет. Сейчас Солнце находится примерно в середине этого пути.

3. Красный гигант. Примерно через 5 миллиардов лет водород в ядре Солнца закончится. Термоядерные реакции в центре прекратятся, ядро начнет сжиматься под действием гравитации и разогреваться. Водород начнет гореть в слое, окружающем ядро. Выделяющаяся при этом энергия заставит внешние слои Солнца сильно расшириться. Солнце превратится в красного гиганта: его радиус увеличится в сотни раз (вероятно, поглотив Меркурий, Венеру и, возможно, Землю), а температура поверхности понизится, придав ему красноватый оттенок.

4. Горение гелия. Когда температура в сжимающемся ядре достигнет 100 миллионов К, начнется новая термоядерная реакция — горение гелия, в ходе которого из гелия образуются углерод и кислород ($3 \ {}^4He \rightarrow \ {}^{12}C + \gamma$). Солнце несколько сожмется и на протяжении примерно 100 миллионов лет будет стабильно сжигать гелий в ядре и водород в оболочке.

5. Планетарная туманность и белый карлик. После того как и гелий в ядре иссякнет, для зажигания углерода массы Солнца будет уже недостаточно. Звезда станет нестабильной, ее внешние слои будут сброшены в окружающее пространство, образуя красивую светящуюся структуру — планетарную туманность. В центре останется очень горячее и плотное ядро бывшей звезды — белый карлик. Он будет состоять в основном из углерода и кислорода, иметь массу около половины солнечной, но при этом размер, сравнимый с размером Земли.

6. Черный карлик. Белый карлик не имеет собственных источников энергии и светит лишь за счет накопленного тепла. В течение триллионов лет он будет медленно остывать, пока не превратится в холодный, невидимый объект — черный карлик. Поскольку время, необходимое для такого остывания, значительно превышает текущий возраст Вселенной, черных карликов в ней еще не существует.

Ответ: Основные стадии эволюции Солнца: рождение из газопылевого облака (протозвезда), стабильная стадия горения водорода (главная последовательность, текущий этап, ~10 млрд лет), расширение до красного гиганта после исчерпания водорода в ядре, стадия горения гелия, сброс внешних оболочек (планетарная туманность) и превращение ядра в белый карлик, который со временем остынет до состояния черного карлика.