О природе вспышек на Солнце

 (На картинках предполагаемая температура в различных слоях Солнца. Эти данные различны.)

 О вспышках на Солнце мы знаем уже давно, наши древние предки их тоже наблюдали и не только в дни солнечных затмений. «Взгляни на Солнце, прищурь глаза свои и ты смело увидишь на нём пятна!»,  - это изрёк автор коротких афоризмов Козьма Прутков.   О том, что вспышки вызывают сильные «магнитные бури», мы узнали несколько позже. Теперь учёные задумались о природе этих вспышек, бьются над тем, чтобы узнать, что происходит внутри нашего светила?
 
 Ответ на природу возникновения вспышек на Солнце мне кажется достаточно прост. Этот процесс можно сравнить с кипящей водой в любом сосуде, если в него бросить раскалённый докрасна кусочек металла. Вода, как известно закипает при температуре сто градусов, при температуре 374 °C (647 K) и давлении 22,064 МПа (218 атм) вода проходит критическую точку. При более высоком давлении и/или температуре исчезает разница между жидкой водой и водяным паром. Такое агрегатное состояние называют «сверхкритическая жидкость». Когда в кипящую воду при обычных условиях попадает разогретый кусочек металла, равновесное состояние нарушается и вода переходит  в состояние «сверхкритической жидкости» с выбросом в воздух порции пара с температурой выше ста градусов. Подобная картина происходит и на Солнце, когда на его поверхность падают с космической скоростью астероиды и кометы.
 Температура Солнца неоднородна и значительно варьируется (см. картинки). В ядре Солнца под силой гравитации возникает огромное давление и температура, которая может достигать 15 миллионов градусов Цельсия (предполагают учёные). Считается, что температура короны более высокая, потому что скорость движения атомов в короне больше, чем скорость движения атомов на поверхности Солнца, т.е. это вспышки равновесного состояния поверхности (кипящая магма), когда отдельно взятый атом в короне имеет кинетическую энергию больше, чем имеет кинетическую энергию отдельно взятый атом на поверхности. Когда на поверхность падают достаточно большие по размеру астероиды с большой кинетической энергией, равновесное состояние нарушается и в пространство вырывается огромное количество энергии в виде электромагнитного излучения, максимум испускаемой энергии приходится на длину волны 0,48 мкм.

 Далее некоторые научные физические данные о состоянии Солнца.

 Солнечная масса – вненасистемная единица измерения массы, применяющаяся в астрономии для выражения массы звёзд и других астрономических объектов (например, галактик). Она обозначается через M;, примерно равна 2;10^30 кг.
Светимость Солнца (суммарное количество энергии, выделяемое Солнцем за одну секунду) L; = 3,827;1026 Вт/с или 3,827;1033 эрг/с.
 
 Солнце состоит из водорода (массовое содержание водорода X ; 73 %), гелия (массовое содержание Y ; 25 %) и других элементов с меньшей концентрацией (все элементы тяжелее гелия называются металлами, как принято в астрофизике), их общее массовое содержание Z ; 2 %. Наиболее распространёнными элементами тяжелее водорода и гелия, в порядке убывания содержания, являются кислород, углерод, неон, азот, железо, магний, кремний, сера, аргон, алюминий, никель, натрий и кальций (из Википедии).
 Благодаря реакции синтеза гелия и водорода в ядре Солнце выделяет свет (электромагнитные волны), а водород может переходить в энергию и покидать светило в виде нейтрино, отправляясь в космическое пространство.
 По расчётам учёных, если учесть все показатели, что Солнце может терять более 170 триллионов тонн своей массы каждый год. Но за счёт аккреции (падения на Солнце комет и астероидов и масс гравитационных полей, вращающихся вокруг Солнца планет) масса Солнца может возрастать.
 Создаваемое такой массой давление  на центральные области Солнца и соответствующая давлению температура задают энергию частиц, которая в свою очередь определяет ВИД и ТЕМП ядерных реакций. Под действием массы в (2 х 10 ^ 30) кг давление в центре достигло  100 миллиардов атмосфер, а температура в ядре Солнца поднялась до 15 000 000 К.
 Примерно 4,5 миллиарда лет тому назад началась реакция превращения четырех ядер водорода в ядро гелия. Водорода - «горючего» – много,  75% массы Солнца. В этой реакции при слиянии четырех протонов возникают ядро гелия, 2 нейтрона, 2 нейтрино и за счет дефекта массы (ядро гелия содержит меньше массы, чем 4 протона) выделяется 26,7 Мэв энергии. Она расходуется на излучение Солнца и питание всех происходящих на нем процессов.
 Чтобы преодолеть отталкивание одноименных зарядов и объединиться, протонам необходима энергия 106 эв, но при температуре (15 х 10^6) К такой энергией обладают только самые быстрые протоны. Кроме того, благодаря туннельному эффекту (преодоление микрочастицей потенциального барьера)  часть протонов может объединиться, имея энергию 104 эв, но таких протонов 1 на 100 миллионов. Поэтому реакция протекает медленно «для слияния даже двух водородных ядер требуется в среднем около миллиона лет.
 
 Именно такое небольшое энерговыделение позволяет Солнцу гореть миллиарды лет.
 
 Кроме описанной реакции под действием особо быстрых протонов не исключены и другие реакции, но они практического значения не имеют. Об этом можно судить по химическому составу Солнца. На долю водорода приходится 75% массы, гелия – 25% , а на все остальные  68 химических элементов – около 1%. Интересно, что на 1 млн атомов водорода приходится всего по 2 атома никеля, натрия и кальция, а более тяжелых элементов  –  еще меньше.
 
 За 1 секунду (!) масса Солнца уменьшается на 4,3 миллиарда кг (по земным меркам - очень много!), которые в основном превращаются в энергию гамма-квантов и нейтрино.
 За 4,5 миллиарда лет своего существования Солнце потеряло на излучение (6 х 10 ^ 26) кг, что соответствует 0,03% массы Солнца.  Всего!
 
 Стабильность главной термоядерной реакции создает и стабильность суммарного потока электромагнитного излучения (температурной радиации). «Солнечная постоянная» изменяется под влиянием солнечной активности всего на десятые доли процента, а в исключительных случаях – на 1-2 %.
 
 Часть солнечной массы уносят корпускулярные потоки – потоки заряженных частиц – электронов, протонов, ядер гелия, ядер более тяжелых элементов и др. «Энергия корпускулярной радиации в среднем в (10^7) раз меньше, чем энергия температурной радиации Солнца. Однако она сильно меняется с течением времени в зависимости от физического состояния Солнца, от солнечной «активности». Все виды солнечного излучения в основном проходят мимо Земли, а на Землю попадает меньше одной двухмиллиардной доли потоков, истекающих во всех направлениях от Солнца.
 
 С солнечным ветром, непрерывно “дующим“ с поверхности Солнца, за целый год (!) выбрасывается (10 ^ -14) массы Солнца, что за 4,5 миллиарда лет его существования составило всего 0,01%.
 Отдельные корональные выбросы, даже самые массивные, уносят всего (10 ^ -16) долю массы Солнца.
 Самые большие хромосферные вспышки (бури)  выносят в межпланетное пространство  меньше  вещества, чем корональные выбросы – (10 ^ -18) масс Солнца.
 Масса Солнца – исходный параметр, но в наше время для Земли важна не только гравитация, но и все виды излучения Солнца, потоки заряженных частиц, движущиеся сквозь межпланетное пространство «магнитные ловушки» и, возможно, пока еще не изученные проявления «жизнедеятельности» Солнца.