Интересные факты о Солнце: звезда, которая не горит и не жёлтая

Мы видим Солнце каждый день и почти не задумываемся, что это обычная звезда, просто очень близкая: до соседних звёзд в сотни тысяч раз дальше. Всё, что происходит на Земле, от погоды до фотосинтеза, работает на энергии, которую Солнце отдаёт в космос. До нашей планеты долетает лишь около половины миллиардной доли его излучения, но и этого хватает, чтобы на каждый квадратный метр над атмосферой приходилось около 1361 ватта.

Ниже собраны интересные факты о Солнце: как оно устроено, почему свет из его недр выбирается наружу так долго, что такое 25-й солнечный цикл и как близко к звезде подлетел аппарат NASA. Заодно разберём два живучих мифа: о «жёлтом» Солнце и о том, что оно «горит».

Общая картина есть в подборке интересных фактов про Солнечную систему, а здесь только о её звезде.

Коротко. В Солнце 99,8% массы всей Солнечной системы, а внутри поместилось бы около 1,3 млн таких планет, как Земля. Энергия, рождённая в ядре, по оценке NASA, добирается до верхней границы конвективной зоны примерно за 170 000 лет, а от поверхности до Земли свет летит в среднем 8 минут 20 секунд. Максимум 25-го солнечного цикла пришёлся на октябрь 2024 года. Зонд Parker Solar Probe в декабре 2024 года прошёл в 6,1 млн км от поверхности Солнца на скорости около 692 000 км/ч.

Звезда-тяжеловес: размеры и масса

Средний радиус Солнца, по данным NASA, составляет 695 700 км, а диаметр около 1,39 млн км. Вдоль солнечного поперечника выстроились бы примерно 109 Земель или около 10 Юпитеров, а по объёму внутрь поместилось бы около 1,3 миллиона планет размером с Землю. Подробнее о крупнейшей планете можно прочитать в статье интересные факты про Юпитер.

Масса Солнца около 1,99 × 10³⁰ кг, это примерно 333 000 масс Земли. На все планеты, спутники, астероиды и кометы вместе приходится лишь около 0,2% массы системы, остальные 99,8% у Солнца. Именно поэтому все планеты обращаются вокруг него, а не наоборот.

Из чего сделано Солнце и почему у него нет твёрдой поверхности

По массе Солнце примерно на три четверти состоит из водорода и почти на четверть из гелия. На все остальные элементы, от углерода и кислорода до железа, приходится около 2%. Гелий, кстати, впервые обнаружили именно в спектре Солнца во время затмения 1868 года, а на Земле нашли только в 1895-м, отсюда и название от греческого «гелиос», солнце.

Вещество Солнца находится в состоянии плазмы: атомы при таких температурах теряют электроны. Твёрдой поверхности нет, а то, что мы называем «поверхностью», это фотосфера, слой толщиной около 400 км, откуда свет свободно уходит в космос. Средняя плотность Солнца всего в 1,4 раза выше плотности воды, но в ядре вещество сжато примерно до 150 г/см³, это в 13 с лишним раз плотнее свинца.

Раз Солнце не твёрдое, то и вращается оно не как единое целое. Экватор делает оборот примерно за 25 земных суток, а области у полюсов примерно за 36. Это неравномерное вращение закручивает и запутывает магнитные поля звезды, а с ними связаны пятна, вспышки и выбросы, о которых речь пойдёт ниже.

Строение: от ядра до короны

Солнце похоже на луковицу из нескольких слоёв. В центре находится ядро, оно занимает примерно четверть радиуса, и температура там около 15 млн °C. Только в ядре идут термоядерные реакции. Выше, примерно до 0,7 радиуса, лежит лучистая зона: энергия там переносится излучением, которое снова и снова поглощается и переизлучается веществом.

Внешние примерно 30% радиуса занимает конвективная зона. Там энергию несёт уже само вещество: горячая плазма поднимается, остывает у поверхности и опускается обратно, как суп в кастрюле на плите.

Над фотосферой лежат тонкая хромосфера и корона, внешняя атмосфера Солнца, которая тянется на миллионы километров. Самое странное в ней то, что корона горячее поверхности в сотни раз: её температура больше миллиона градусов, тогда как у фотосферы около 5500 °C. Почему так происходит, до конца не выяснено. Главные версии связаны с магнитными волнами и множеством мелких вспышек, и ответ на этот вопрос ищет в том числе зонд Parker Solar Probe. Невооружённым глазом корону можно увидеть только во время полного солнечного затмения, когда диск закрывает Луна.

Термоядерная «печь»: Солнце худеет на 4 млн тонн в секунду

В ядре четыре ядра водорода в результате цепочки реакций превращаются в одно ядро гелия. Гелий получается чуть легче исходного водорода, и разница, около 0,7% массы, переходит в энергию по знаменитой формуле E = mc². За секунду Солнце переводит в излучение около 4,26 млн тонн вещества, для этого в гелий превращается примерно 600 млн тонн водорода.

Звучит пугающе, но запасы огромны: за всю жизнь Солнце потеряло на излучение меньше десятой доли процента массы. Интересно и другое: по законам классической физики 15 млн градусов для слияния протонов не хватает, они слишком сильно отталкиваются. Реакции идут благодаря квантовому туннельному эффекту, и идут медленно. Отдельный протон в ядре может ждать «своей» реакции в среднем миллиарды лет, поэтому Солнце и светит так долго и ровно, а не взрывается разом.

Долгий путь фотона и 8 минут 20 секунд до Земли

Энергия, рождённая в ядре, выходит наружу совсем не по прямой. В плотной лучистой зоне частица света проходит доли миллиметра и снова поглощается, а потом переизлучается в случайную сторону. По оценке NASA, такой путь до верхней части конвективной зоны занимает около 170 000 лет. Разные модели дают от десятков тысяч до сотен тысяч лет: проследить фотон в недрах звезды напрямую невозможно, поэтому все цифры расчётные.

Дальше всё идёт быстрее. Конвекция выносит энергию к фотосфере, а оттуда свет летит к Земле по прямой со скоростью около 300 000 км/с. Среднее расстояние 149,6 млн км он преодолевает примерно за 8 минут 20 секунд. В начале января Земля ближе к Солнцу (около 147 млн км) и свет идёт около 8 минут 11 секунд, в начале июля она дальше (около 152 млн км) и путь занимает примерно 8 минут 27 секунд. Получается, что мы всегда видим Солнце таким, каким оно было восемь с лишним минут назад.

Есть и «быстрые вестники»: нейтрино. Эти частицы рождаются в тех же реакциях, но почти не взаимодействуют с веществом. Из Солнца они вылетают примерно за 2 секунды, до Земли долетают за те же восемь с небольшим минут и пронизывают планету насквозь.

Солнечные пятна и 25-й цикл

Солнечные пятна выглядят тёмными только по сравнению с окружением. Их температура примерно на 1,5–2 тысячи градусов ниже, чем у фотосферы, но если бы пятно светило само по себе, на ночном небе оно было бы ослепительно ярким. Причина охлаждения в сильнейшем магнитном поле, в тысячи раз сильнее земного: оно тормозит конвекцию, и горячая плазма хуже поступает к поверхности. По данным NASA, пятна бывают от 1600 до примерно 160 000 км в поперечнике, крупнейшие во много раз больше Земли.

Количество пятен то растёт, то падает с периодом около 11 лет. Это и есть солнечный цикл. Счёт циклов ведут с 1755 года, а в конце каждого цикла магнитные полюса Солнца меняются местами, так что полный магнитный цикл длится около 22 лет. Сами пятна заметили задолго до телескопов: о «чёрных пятнах на Солнце» писали ещё древние китайские хронисты. В телескоп же их в 1610–1611 годах почти одновременно увидели несколько астрономов, среди них Галилей.

Нынешний, 25-й цикл начался в декабре 2019 года. В 2019 году группа экспертов NOAA и NASA прогнозировала довольно слабый цикл с пиком около 115 по сглаженному числу пятен. Реальность оказалась активнее: 15 октября 2024 года NASA и NOAA объявили, что Солнце вошло в период максимума. По данным центра SILSO Королевской обсерватории Бельгии, сглаженное число пятен достигло пика около 161 именно в октябре 2024 года. Это заметно выше прогноза, но ниже, чем у 23-го цикла. Сейчас, в 2026 году, активность постепенно снижается, хотя сильные вспышки на спаде цикла не редкость.

Вспышки, магнитные бури и полярные сияния

Солнечная вспышка это внезапный выброс энергии, накопленной в запутанных магнитных полях над группой пятен. Вспышки делят на классы A, B, C, M и X по мощности рентгеновского излучения, и каждый следующий класс в 10 раз сильнее предыдущего. 3 октября 2024 года NOAA зафиксировало вспышку X9.0, самую мощную в 25-м цикле на тот момент. Рекордная за время спутниковых наблюдений вспышка 4 ноября 2003 года зашкалила приборы, её мощность оценивают как X28 и выше.

Часто вместе со вспышками происходят корональные выбросы массы: облака плазмы с магнитным полем, которые долетают до Земли за один-три дня. Столкнувшись с магнитосферой, они вызывают магнитные бури. 10–11 мая 2024 года NOAA впервые с октября 2003 года зарегистрировало бурю высшего уровня G5. Полярные сияния в те ночи видели в местах, где они обычно не появляются, например на юге США и в Центральной Европе.

Сияние возникает, когда заряженные частицы, разогнанные в магнитосфере, врезаются в атомы верхней атмосферы. Кислород светится зелёным и красным, азот даёт синие и фиолетовые оттенки. Самой известной исторической бурей считается событие Кэррингтона 1–2 сентября 1859 года. Тогда сияния видели даже в тропиках, а в телеграфных линиях наводились такие токи, что, по свидетельствам телеграфистов, проскакивали искры и аппараты работали с отключёнными батареями.

Солнечный ветер: Солнце дует на всю систему

Корона так горяча, что её вещество не удерживается тяготением и постоянно утекает в космос. Это и есть солнечный ветер, поток заряженных частиц. По данным NOAA, медленный ветер в плоскости планет дует со скоростью около 400 км/с, а быстрый ветер из корональных дыр достигает 500–800 км/с. Существование такого ветра в 1958 году теоретически предсказал американский физик Юджин Паркер.

Солнечный ветер раздувает вокруг Солнца огромный «пузырь», гелиосферу. Его граница, гелиопауза, отделяет солнечное вещество от межзвёздного. «Вояджер-1» пересёк её в августе 2012 года, «Вояджер-2» в ноябре 2018-го, оба примерно в 120 астрономических единицах от Солнца.

Parker Solar Probe: ближе всех к звезде

Зонд NASA Parker Solar Probe стартовал 12 августа 2018 года и получил имя Юджина Паркера. Это первый аппарат NASA, названный в честь ещё живого человека: учёный успел увидеть запуск и умер в 2022 году. В апреле 2021 года зонд впервые прошёл через внешнюю корону, и NASA объявило, что космический аппарат впервые «прикоснулся» к Солнцу.

24 декабря 2024 года зонд прошёл всего в 6,1 млн км от поверхности Солнца на скорости около 692 000 км/ч. Это рекорд и по близости к звезде, и по скорости для рукотворного объекта. После этого, по данным NASA, Parker повторяет проходы на той же рекордной дистанции примерно раз в 88 дней.

Выжить так близко к Солнцу аппарату помогает углеродный тепловой щит толщиной около 11,5 см. По данным NASA, он выдерживает почти 1400 °C, а приборы в его тени работают примерно при комнатной температуре.

Возраст и будущее Солнца

Солнцу около 4,6 млрд лет, это возраст самых древних метеоритов, которые сформировались вместе с Солнечной системой. По словам NASA, звезда прошла чуть меньше половины своего жизненного пути: водорода в ядре хватит ещё примерно на 5 млрд лет.

Но Солнце постепенно становится ярче, по оценкам примерно на 10% за миллиард лет. Поэтому, согласно расчётам, примерно через миллиард лет на Земле станет слишком жарко для океанов, задолго до «смерти» звезды. Когда водород в ядре закончится, Солнце раздуется в красного гиганта и поглотит Меркурий и Венеру, а возможно, и Землю. Затем оно сбросит внешние слои и останется белым карликом размером примерно с Землю. Сверхновой Солнце не станет: для этого ему не хватает массы.

Мифы о Солнце

Миф 1. Солнце жёлтое

Солнце излучает во всём видимом диапазоне, и вместе эти цвета дают белый свет. Из космоса, например с МКС, оно выглядит ослепительно белым. Жёлтым, а на закате оранжевым и красным, его делает земная атмосфера: она сильнее рассеивает синюю часть спектра, поэтому небо голубое, а диск получается теплее по цвету.

Миф 2. Солнце «горит»

Горение это химическая реакция с кислородом, а на Солнце идёт ядерный синтез. Разница в масштабе колоссальная. Если бы Солнце целиком состояло из угля и при этом нашлось бы, чем его поджечь, при нынешней светимости его хватило бы лишь на несколько тысяч лет. Именно этот расчёт ещё в XIX веке показал учёным, что источник солнечной энергии должен быть другим.

Вопросы и ответы

Сколько летит свет от Солнца до Земли?

В среднем около 8 минут 20 секунд. В январе, когда Земля ближе к Солнцу, около 8 минут 11 секунд, в июле около 8 минут 27 секунд.

Какая температура на Солнце?

У видимой поверхности около 5500 °C, в ядре около 15 млн °C, а в короне больше миллиона градусов.

Когда был максимум 25-го солнечного цикла?

NASA и NOAA объявили о наступлении максимума в октябре 2024 года. По данным SILSO, сглаженное число пятен достигло пика (около 161) в октябре 2024 года, а сейчас активность идёт на спад.

Сколько ещё будет светить Солнце?

Водорода в ядре хватит ещё примерно на 5 млрд лет. Потом Солнце станет красным гигантом, а в конце белым карликом.

Фото на обложке: NASA/SDO (AIA), общественное достояние.