Температура Солнца: сколько градусов в ядре, на поверхности и в короне
Видимая поверхность Солнца, фотосфера, имеет температуру около 5500 °C (10 000 °F), но это лишь одна из трёх температур. В ядре, где водород превращается в гелий, около 15 млн °C (27 млн °F), а тонкая внешняя атмосфера, корона, снова горячее поверхности — обычно от 1 до 3 млн °C. От ядра к поверхности температура падает, а в короне резко растёт, и это одна из самых больших нерешённых загадок Солнца.
Когда спрашивают про температуру Солнца, обычно ждут одно число, а честный ответ состоит из трёх. Какое нужно, зависит от слоя: ядро, видимая поверхность или светящаяся корона вокруг. Ниже каждая температура с источником, объяснение, как учёные узнают её без термометра, один расчёт с формулой и открытый вопрос, о котором астрономы спорят до сих пор.
Главные идеи
- У Солнца нет одной температуры: около 15 млн °C в ядре, около 5500 °C на видимой поверхности и от 1 до 3 млн °C в короне.
- Ядро горячее, потому что гравитация сжимает его до плотности примерно в 150 раз больше плотности воды, и водород продолжает превращаться в гелий, выделяя энергию.
- Температуру поверхности измеряют по свету Солнца: цвет, в котором оно светит ярче всего, указывает на около 5800 К, номинально 5772 К.
- Корона намного горячее нижних слоёв, и почему так, пока не решено; при этом она такая разреженная, что переносит мало тепла.
- Солнечные пятна тёмные, потому что они холоднее, около 3500–4500 °C, а не потому что холодные.
Короткий ответ: три температуры, а не одна
NASA указывает температуру ядра Солнца около 15 млн °C (27 млн °F). Фотосфера, слой, который мы называем поверхностью, имеет около 5500 °C (10 000 °F). Корона, внешняя атмосфера, достигает от 1 до 3 млн °C; NASA приводит значение до 2 млн °C (3,5 млн °F). То есть температура падает от ядра к поверхности, а затем снова растёт.
У Солнца нет твёрдой поверхности, на которую можно встать. Это шар горячего газа, в основном водорода и гелия, а фотосфера — просто тонкий слой толщиной около 400 км, из которого в космос уходит большая часть света. По сравнению с ядром 5500 °C — это прохладно, но этого достаточно, чтобы кипел углерод, в том числе алмаз и графит.
Почему в ядре 15 миллионов градусов
Ядро сжато весом всего Солнца над ним. NASA указывает его плотность около 150 граммов на кубический сантиметр, примерно в 150 раз больше плотности воды, а температуру — больше 15 млн °C. В таких условиях ядра водорода сливаются в гелий, и именно этот синтез поддерживает тепло Солнца и не даёт ему схлопнуться под собственным весом.
Четыре ядра водорода дают одно ядро гелия, которое весит примерно на 0,7 процента меньше, и недостающая масса превращается в энергию по формуле E = mc². Каждую секунду Солнце превращает в энергию около 4 млн тонн массы и около 600 млн тонн водорода — в гелий. Энергия выходит очень долго: оценки пути от ядра до поверхности — от примерно 10 000 до 170 000 лет.
Как мы знаем, что на поверхности около 5500 °C
Термометр в Солнце не поставить, поэтому астрономы читают его свет. Горячее светящееся тело светит сильнее всего на длине волны, которая зависит от температуры, и её даёт закон Вина: длина волны максимума в микрометрах равна 2898, делённым на температуру в кельвинах. Свет Солнца имеет максимум около 0,50 микрометра, это сине-зелёный цвет, что даёт около 5800 К. Стандартное значение, принятое астрономами, — 5772 К, то есть 5499 °C.
Солнечное пятно — участок, где сильное магнитное поле удерживает тепло снизу. Оно холоднее, около 3500–4500 °C, и кажется тёмным только на фоне более яркого окружения в 5500 °C. Полезное сравнение — молния: вспышка на миг нагревает тонкий канал воздуха примерно до 28 000 °C, это примерно в пять раз больше температуры поверхности Солнца, но лишь на мгновение.
Загадка короны: горячее поверхности
Над фотосферой лежат хромосфера и корона. В короне температура снова растёт до миллионов градусов, то есть она горячее поверхности под ней — как если бы вы отходили от костра и становилось теплее. NASA называет причину такого нагрева короны крупной нерешённой загадкой физики Солнца.
Очень высокая температура — это не то же самое, что много тепла. Корона чрезвычайно разрежена, поэтому космический аппарат, пролетающий сквозь неё, получает гораздо меньше тепла, чем подсказывает число. Зонд NASA Parker Solar Probe с 2021 года заходит в корону, чтобы измерять её напрямую, а учёные по его данным проверяют идеи о волнах и пересоединении магнитных линий, которые могут переносить энергию вверх.
Как это показывает VJOURNAL SMART BOOK
Глава «Солнце» бесплатной книги SMART BOOK «Всё обо всём», том II, на VITON13 SCHOOL рассказывает об этих слоях в пяти коротких моментах. Рядом с текстом — живая 3D-картинка, которую можно вращать пальцем или мышью: крошечная голубая Земля стоит рядом со светящимся диском, чтобы почувствовать пропорции.
Под картинкой есть песочница, где вы выбираете планету и сравниваете, сколько солнечного света она получает. В главе также рассказано о синтезе в ядре, восьми минутах, за которые свет доходит до нас, пятнах, вспышках и 11-летнем цикле, а также о будущем Солнца в виде красного гиганта и белого карлика, есть тест из трёх вопросов и источники, которые можно открыть.
Простыми словами
Представьте луковицу с тремя слоями жара. В середине печь в 15 млн градусов, слой, который мы видим, светится при 5500 градусах, а тонкая внешняя дымка снова горячее, миллионы градусов, но она так разрежена, что почти не несёт тепла.
Попробуйте сами
Используйте закон Вина: длина волны максимума = 2898 мкм·К ÷ температура. Свет Солнца имеет максимум около 0,50 мкм. Найдите температуру в кельвинах, затем вычтите 273, чтобы получить градусы Цельсия.
Ожидаемый результат
2898 ÷ 0,50 — это около 5800 К, а 5800 − 273 — около 5500 °C, что совпадает со значением NASA для поверхности.
Проверьте себя: Горячая бело-голубая звезда светит ярче всего на длине волны 0,29 мкм. Какова примерно температура её поверхности?
2898 ÷ 0,29 — это около 10 000 К, то есть около 9700 °C. Это почти вдвое горячее поверхности Солнца.
Вопросы и ответы
Какая температура Солнца по Фаренгейту?
Поверхность — около 10 000 °F, ядро — около 27 млн °F, а корона — до примерно 3,5 млн °F по данным NASA. Чтобы перевести из Цельсия, умножьте на 9/5 и прибавьте 32.
Почему корона Солнца горячее его поверхности?
Точно никто не знает. NASA называет нагрев короны крупной нерешённой загадкой. Главные идеи связаны с магнитными волнами и внезапным пересоединением магнитных линий, которые отдают энергию тонкой внешней атмосфере.
Солнечные пятна холодные?
Нет. Они холоднее окружения, около 3500–4500 °C против 5500 °C, и кажутся тёмными только по контрасту. Пятно само по себе светило бы очень ярко.
Солнце — самая горячая звезда?
Нет. У многих красных звёзд поверхность около 3000 К, а у горячих голубых звёзд больше 30 000 К. Солнце — обычная звезда среднего размера класса G.
Какого цвета Солнце?
Его свет белый — смесь всех цветов с максимумом в сине-зелёном. С земли оно кажется жёлтым или оранжевым, потому что воздух рассеивает часть синего света, а NASA по традиции называет его жёлтым карликом.
Будет ли Солнце и дальше светить так же горячо?
Ещё около 5 миллиардов лет. По расчётным моделям оно медленно становится ярче, примерно на 10 процентов за миллиард лет, а позже раздуется в красный гигант и сожмётся в белый карлик.
Запомните три температуры: около 15 млн °C в ядре, около 5500 °C на поверхности и от 1 до 3 млн °C в короне, а также нерешённый вопрос, почему корона так горяча. Затем откройте главу и сравните, сколько света Солнца получает каждая планета.
Источники и дальнейшее чтение
- NASA Science: Sun facts ↗Источники проверены:
- NASA Science: The Sun ↗Источники проверены:
- NASA Science: Solar Dynamics Observatory ↗Источники проверены:
- NASA Science: Parker Solar Probe ↗Источники проверены:
- NOAA Space Weather Prediction Center: Sunspots and the solar cycle ↗Источники проверены: