Текст книги "Солнце"

Автор книги: Эрих Юбелакер

сообщить о нарушении

Текущая страница: 1 (всего у книги 4 страниц)

ЮБЕЛАКЕР Эрих
«СОЛНЦЕ»

Предисловие

Почему нам так важно как можно больше знать о Солнце?

На нашей планете остается все меньше топлива. И чтобы обеспечить свое существование, мы должны искать новые источники энергии. Наука и техника далеко шагнули вперед. Но вместе с тем следует подумать о таких технологиях, благодаря которым окружающие нас вода, воздух, природные богатства не будут уничтожены, а останутся для следующих поколений. Все это заставляет человечество серьезно исследовать Солнце – дневную звезду, дарящую ему свет, тепло и энергию.

Миллиарды лет тому назад Солнце возникло вместе с планетами, входящими в его систему, из газовых и пылевых облаков. Для нас это самая важная звезда.

Но среди двухсот миллиардов звезд, составляющих большую семью, которую мы называем Млечным Путем, Солнце занимает весьма скромное место. Оно не слишком велико и не слишком мало и по своей мощности является средней звездой во Вселенной. Существуют более старые или более молодые звезды. Но по нашим, «земным» представлениям, размеры Солнца колоссальны. В него можно, скажем, поместить 1,3 миллиона шаров размером с Землю. Излучение квадратного метра Солнца равно излучению миллиона ламп накаливания.

Каждую секунду оно расходует миллионы тонн ядерного топлива и может светить и обеспечивать нас энергией еще 5 миллиардов лет. Солнце выделяет гигантское количество энергии. Лишь ничтожная часть ее достигает Земли. Но и этого более чем достаточно. Всего за 28 минут оно посылает к нашей планете энергии больше, чем человечество может потратить в течение года. Первостепенное значение солнечная энергия будет иметь для будущих поколений, когда человечество израсходует запасы нефти, угля или урана и их названия будут встречаться только в исторических книгах.

С древних времен люди наблюдали за Солнцем, боялись его, почитали как бога, а также использовали для отсчета времени. Уже в XVII веке начались научные исследования нашего сверкающего светила, не прекращавшиеся на протяжении веков. Но только в последние десятилетия благодаря космическим полетам и работе ученых мы получили новое представление о Солнце. Из этой книги вы узнаете об интереснейших исследованиях Солнца, о таких загадочных явлениях, как солнечные пятна и полярное сияние, о солнечной энергии, магнитных бурях и солнечном ветре.

СОЛНЦЕ – ИСТОЧНИК ЖИЗНИ

Что думали наши предки о Солнце?

Еще задолго до наступления нашего научно-технического века люди наблюдали Солнце. Они знали его животворную силу, почитали и поклонялись ему как богу. Кроме того, люди использовали дневное светило для исчисления времени. Культовые сооружения в древние времена строились большей частью так, чтобы по ним можно было определить точки восхода и захода Солнца в начале весны или лета. Одним из самых замечательных сооружений этого типа является громадное каменное кольцо Стонхендж в Англии. Его строительство началось примерно за 2000 лет до нашей эры.

Из районов, удаленных на десятки километров, были доставлены каменные глыбы весом до 48 т и высотой до 8 м.

Если наблюдать восход Солнца 21 июня, находясь в центре этого огромного каменного кольца, то светило взойдет точно над одиноким камнем, расположенным в 80 м от центра. Некоторые ученые считают, что Стонхендж использовался как каменный компьютер для вычисления времени затмений. Линии, соединяющие некоторые камни, указывают на точки восхода и захода Солнца и Луны. Зная их, можно предсказать даты затмений.

Стонхендж– святилище Солнце и каменный компьютер.

Древнейший праздник человечества – Пасха – тоже связан с Солнцем, даже само слово «Пасха» в немецком, английском и некоторых других языках имеет один корень со словом «восток». В это время года Солнце на своем пути достигает той точки на востоке, где начинается его весеннее восхождение. Рождество тоже приходится на время, когда полуденная высота Солнца перестает уменьшаться и начинает постепенно возрастать. Этот день, 25 декабря, называют «солнцеворотом» – так как Солнце поворачивает от зимы к лету. Еще у древних римлян он считался праздником.

На национальных флагах многих стран, например Японии, изображены Солнце и солнечные символы.

В Древнем Египте бог солнца Ра занимал особое положение. А фараон Эхнатон даже считал солнечный диск самим богом.

Египетский фараон Эхнатон со своей супругой Нефертити поклонялись Солнцу как богу.

Греки в старину полагали, что бог солнца Гелиос каждый день проезжает по небу на солнечной колеснице, запряженной огненными конями.

Американские племена майя, инков и ацтеков, жившие вдали от Европы и Азии, также почитали солнечных богов и даже приносили им в жертву людей.

И теперь, в XX веке, люди порой не понимают явлений, связанных с Солнцем, иногда испытывают даже священный ужас. Например, в 1973 году во время полного солнечного затмения в Африке многие люди покончили жизнь самоубийством: совершенно безобидное явление природы они приняли за конец света. В 1980 году индийские полицейские стреляли из пистолетов и ружей в Луну, которая закрыла Солнце. Уже несколько тысячелетий Солнце играет огромную роль в астрологии – учении о связи между расположением светил и историческими событиями, судьбами людей и народов.

Всегда ли существовало Солнце?

Наше Солнце светит уже много миллиардов лет. Сегодня известно, что оно возникло вместе с планетами своей системы из большого холодного облака газа и пыли. Сначала образовалось сферическое облако, которое, сжимаясь, вращалось все быстрее. Под действием центробежных сил оно превратилось в диск. Почти все вещество облака сгустилось в центре этого диска в большой шар. Именно так, по-видимому, возникло Солнце. По краям диска сформировались меньшие небесные тела, планеты и луны. Только что родившееся Солнце сначала было холодным, но оно все время сжималось, становясь при этом горячее и горячее, пока температура внутри него не достигла многих миллионов градусов. Вот тогда-то и создались необходимые условия для жизни звезды на протяжении миллиардов лет: молодое Солнце начало вырабатывать в своем горячем ядре атомную энергию.

Так родилась новая звезда. Она окружена планетами. Есть среди них одна особенная. Благодаря Солнцу на ней зародилась жизнь во всем великолепном разнообразии ее форм. Это наша Земля.

В таких газо-пылевых облаках возникают звезды и системы планет.

Как возникла жизнь на Земле?

После возникновения Солнечной системы, то есть почти пять миллиардов лет назад, Земля была совершенно необитаема.

Ее поверхность долго оставалась раскаленной и расплавленной, без воды и воздуха. Наша планета остывала очень медленно, пока не образовалась твердая кора.

Из тысяч вулканов, расщелин и трещин начали вырываться газы, образовавшие первую атмосферу. В ее составе вместе с другими веществами был и водяной пар. Температура постепенно понижалась, и из огромных облаков вода обрушивалась на еще не остывшую поверхность, чтобы тут же испариться на ней, как на горячей плите. Охлаждение Земли продолжалось, и позднее образовались первые, еще горячие океаны. Их температура тоже понижалась очень медленно. Земной ландшафт постоянно освещался Солнцем. Поэтому охлаждение планеты наконец прекратилось, а в морях зародились первые живые организмы.

Формирование Солнечной системы:

Вся Солнечная система, к которой принадлежат Земля и Луна, возникла из одного большого газо-пылевого облака (1).

Оно сжималось, и вращение его ускорялось (2).

Под действием усилившихся при этом центробежных сил облако превратилось в диск (3).

В центре образовался большой сгусток вещества (4).

Из этого сгустка возникло Солнце. Во внешних областях сформировались планеты и луны.

Постепенно вся планетная система приобрела современный вид (5).

Мощное излучение Солнца и постоянно сверкавшие молнии все время разрушали частицы газа в воздушной оболочке планеты. Из этих частичек возникали более сложные вещества, составляющие основные компоненты жизни. Так, например, возникли аминокислоты, из которых позднее образовался животный и растительный белок. Постепенно формировались компоненты все большего размера, возникали молекулы, которые падали в первобытный океан. Там они не погибали и, соединяясь, образовывали первые мельчайшие живые организмы. Так Земля с помощью Солнца стала планетой Жизни. Правда, некоторые ученые считают, что важнейшие компоненты живого вещества или даже первые крохотные живые организмы попали на Землю из космоса.

Конечно, это не исключено, но маловероятно.

Наша планета 4,6 миллиарда лет назад. В океанах зародились первые живые существа. Много позднее жизнь вышла на сушу.

Можем ли мы обойтись без Солнца?

Если бы Солнце погасло, то через несколько недель на Земле не осталось бы никакой жизни. Только Солнце способно нагревать Землю и поддерживать на ней такую температуру, при которой вода и воздух не превращаются в ледяной панцирь. Только благодаря солнечному теплу может испаряться вода в океанах, которая затем выпадает на континенты животворными дождями. Только солнечное излучение дает возможность расти и созревать растениям, которые обеспечивают нас пищей. Но нам не нужно беспокоиться, что лучи нашей дневной звезды вдруг погаснут. Ученые доказали, что Солнце будет светить еще много миллиардов лет и обеспечивать жизнь на Земле.

Солнце дает жизнь растениям, которые обеспечивают нас питанием.

Как использовать солнечную энергию?

Известно, что запасы угля и нефти заканчиваются. Да и запасы урана для ядерных реакций тоже не бесконечны. А вот Солнце дает нам неограниченное количество энергии.

Каждую секунду наша планета получает около 50 млрд. кВт/ч солнечной энергии, что соответствует мощности 150 миллионов крупных электростанций. Для удовлетворения всех энергетических потребностей человечества хватило бы 0,005 % доходящей до Земли солнечной энергии. А ведь на Землю попадает лишь мизерная часть солнечного излучения. Уже на протяжении миллиардов лет Солнце согревает нашу планету, поддерживает воду в жидком состоянии, а воздух в газообразном, приводит атмосферу в движение, делает возможным испарение гигантских масс воды.

Каждый год благодаря Солнцу вырастают на Земле тысячи видов растений.

Кроме того, энергия, полученная от Солнца миллионы лет назад, сегодня возвращается к нам в виде угля и нефти.

При таких головокружительных цифрах может показаться, что решение наших энергетических проблем и сохранение окружающей среды с помощью Солнца – пустяковая задача. И в самом деле, уже известны различные возможности использования солнечной энергии. Например, солнечные коллекторы на крышах могут нагревать воду, а солнечные электростанции и полупроводниковые элементы дают электрический ток без загрязнения окружающей среды. Но есть много нерешенных задач. Еще предстоит научиться выделять водород из воды и из зеленой массы растений.

Тогда можно будет построить тепловые и передаточные станции, работающие на этом газе. Однако установки для сбора солнечной энергии очень дороги и дают мало энергии. Их строительство потребует гигантских площадей и большого количества материалов. И все же в будущем энергетический голод можно будет удовлетворять с помощью солнечного излучения, особенно в теплых странах, где Солнце светит всегда и даже зимой в полдень стоит довольно высоко. Тогда нефть мы сэкономим для следующих поколений, а значит, поможем сохранить окружающую среду. В 2030 году только 6 % наших энергетических потребностей можно будет удовлетворять, используя Солнце.

Но если мы усовершенствуем технику, в 2130 году эта доля составит уже 70 %.

Может быть, нашим потомкам достанется век, в котором не будут гибнуть леса и мелеть реки, может быть, они справятся с радиоактивным загрязнением и смогом, а Солнце по-прежнему будет дарить свою животворную силу.

Некоторые возможности использования солнечной энергии.

СОЛНЦЕ И ЗЕМЛЯ ВО ВСЕЛЕННОЙ

Далеко ли Солнце от Земли?

Наша Земля обращается вокруг Солнца в среднем на расстоянии 149,6 млн. км. Это идеально для обитаемой планеты, потому что при таком удалении живые организмы не испытывают ни чрезмерной жары, ни леденящего холода.

Солнце находится от нас почти в 400 раз дальше, чем Луна, но оно во столько же раз больше ее. Поэтому оба небесных тела кажутся нам одинакового размера. Расстояние до Солнца так велико, что пешеход мог бы преодолеть его за 4400 лет, поезд – за 166 лет, а реактивный лайнер – за 22 года. Свет или радиосигнал достигают Солнца за 8,3 минуты, а ведь нет ничего в природе быстрее их: они распространяются со скоростью 300 000 км/сек.

Если представить Солнце в виде футбольного мяча, то Земля – крохотный шарик размером в 3 мм, удаленный от него примерно на 30 м. Насколько велико расстояние от Земли до Солнца для нас, людей, настолько же оно ничтожно по сравнению с размером Вселенной. Даже ближайшая к Солнцу звезда находится от нас в 270 000 раз дальше, чем наше светило.

Меняется ли расстояние между Землей и Солнцем?

Расстояние между Землей и Солнцем не остается неизменным. За год Земля совершает один оборот вокруг Солнца,

Но ее путь, который астрономы называют орбитой, представляет собой не точный круг, а эллипс. На такой орбите расстояние между Солнцем и Землей меняется в течение года. В ближайшей к Солнцу точке (в перигелии) оно составляет 147,1 млн. км, а в самой дальней от Солнца (в афелии) – 152,1 млн. км.

Среднее расстояние при этом составляет 149,6 млн. км. Обращаясь вокруг Солнца, Земля не может ни упасть на него, ни вырваться из его притяжения.

Земная орбита представляет собой эллипс. 2 января Земля ближе всего к Солнцу.

Что такое эклиптика?

Из-за движения Земли по орбите мы наблюдаем Солнце каждый день на фоне различных звезд.

Но нам кажется, что оно перемещается от одного созвездия к другому. Путь, который как бы проходит при этом Солнце по небу, называется эклиптикой. Созвездия, расположенные вдоль эклиптики, получили название зодиакальных. На протяжении года можно видеть Солнце в созвездиях Стрельца, Козерога, Водолея, Рыб, Овна, Тельца, Близнецов, Рака, Льва, Девы, Весов, Скорпиона и Змееносца.

Например, 1 января Солнце находится в Стрельце. Звезды его не видны, так как созвездие вместе с Солнцем располагается на дневной части неба и его затмевает солнечный свет.

Земля совершает один оборот вокруг Солнца за год. При этом нам кажется, что Солнце передвигается по зодиакальным созвездиям. Например, 1 января оно находится в Стрельце, 1 февраля – в Козероге и т. д. Видимый путь Солнца называют эклиптикой.

Почему Солнце восходит и заходит?

Раньше люди верили, что Солнце совершает за сутки один оборот вокруг Земли. Считалось, что бог Солнца каждый день пересекает небо с востока на запад в золотой колеснице, а вечером исчезает под горизонтом. На самом же деле Солнце не восходит и не заходит.

Это наша Земля каждый день совершает один оборот вокруг своей оси. Ось Земли – воображаемая линия, соединяющая ее Северный и Южный полюсы. В течение суток каждая часть Земли, скажем Россия, один раз оказывается на солнечной стороне планеты, а другой раз – на темной. Тогда в России наступает ночь. Ранним утром мы движемся в направлении Солнца, пока оно не покажется на горизонте. В этом случае говорят, что «Солнце восходит». Вечером мы отворачиваемся от Солнца, и оно «заходит».

Земля вращается вокруг своей оси с запада на восток. Поэтому нам кажется, что Солнце движется с востока на запад.

В древности люди думали, что Солнце который каждый день пересекает небо востока на запад.

Земля вращается вокруг своей оси. Ось – это линия, соединяющая Северный и Южный полюсы.

Земля совершает один оборот вокруг своей оси за 24 часа. Для наблюдателя 1 Солнце восходит. Для наблюдателя 2 уже полдень. Для наблюдателя 3 Солнце заходит, а у наблюдателя 4 уже ночь.

Как происходит смена времен года?

Земная ось не перпендикулярна плоскости земной орбиты, а немного наклонена к ней. Этот наклон почти не меняется. Летом северное полушарие, в котором мы живем, наклонено в сторону Солнца. Поэтому летние месяцы так богаты теплом и светом. Солнце в полдень стоит высоко на небе, и дни длинные. Зимой наше полушарие отворачивается от Солнца и получает намного меньше солнечного тепла. Дни становятся короткими, Солнце стоит низко.

Смена времен года происходит из-за наклона земной оси, а не от изменения расстояния между Солнцем и Землей.

Например, в середине зимы, 2 января, мы находимся ближе всего к Солнцу. Однако это совершенно не влияет на его высоту в полдень над горизонтом.

Самое благоприятное для нас положение Солнце занимает в начале лета – 21 или 22 июня. Но все же в северном полушарии самые теплые в году месяцы – июль и август, поскольку океаны, воздух и почва нагреваются медленно.

Их температура достигает максимума лишь через некоторое время после того, как полуденное положение Солнца пройдет через наивысшую точку над горизонтом.

Смена времен года происходит из-за наклона земной оси. Летом северное полушарие Земли наклонено в сторону Солнца. Мы получаем больше тепла и света. Зимой, наоборот, наше полушарие отклонено в противоположную сторону.

Начало лета в северном полушарии. Для наблюдателя в полярной области (1) Солнце вообще не заходит, даже в полночь. В Центральной Европе (2) Солнце дольше находится на дневной стороне и меньше – на ночной.

Начало зимы в северном полушарии. Наблюдатель, находящийся в полярной области (1), никогда не оказывается на дневной стороне Земли (полярная ночь). Северная Европа (2) дольше находится на ночной стороне, чем на дневной.

Находится ли Солнце в 12 часов дня точно на юге?

В полдень Солнце достигает на юге своего наивысшего положения. Когда оно оказывается в этой точке, говорят, что истинное местное время – 12 часов. В этот момент тень от вертикально стоящего столба самая короткая. К сожалению, из-за неравномерного движения Земли по орбите Солнце перемещается по небу тоже не совсем равномерно. Поэтому оно не оказывается точно на юге через каждые 24 часа.

Для того чтобы счет времени не зависел от «капризов» истинного Солнца, астрономы придумали «среднее Солнце», движущееся равномерно. Оно существует, конечно, только на бумаге. Когда «среднее Солнце» достигает наивысшего положения на юге, считают, что наступило 12 часов местного среднего времени. Разность между истинным и средним местным временем называется уравнением времени. Оно меняется в течение года в пределах от -14,3 до +16,3 минуты.

Зимой в Центральной Европе Солнце поздно восходит на юго-востоке, достигает небольшой высоты и рано заходит на юго-западе.

Летом Солнце рано восходит на северо-востоке, высоко поднимается в полдень и поздно заходит на северо-западе.

Но существует еще одна проблема. Например, когда в Гамбурге Солнце находится в наивысшей точке, в Берлине оно уже прошло ее, а в Бремене еще не достигло этого положения. Таким образом, среднее местное время в трех городах было бы разным. Однако это очень неудобно для работы транспорта и иных служб. В Центральной Европе все люди живут по среднеевропейскому времени, которое не соответствует истинному положению Солнца на небе.

Но правительства нескольких стран договорились, что среднеевропейским временем будет считаться среднее солнечное время на 15-м градусе восточной долготы. Летом к этому времени добавляют еще один час, чтобы удлинить утренние часы и сократить вечерние. Это уже так называемое летнее время. Поэтому летом в областях Европы, живущих по такому распорядку, Солнце достигает наивысшей точки на небосклоне около 13 часов. То же самое происходит и на территории России.

Например, в Москве в этот период Солнце находится точно на юге только в 14.30.

Если наблюдатель находится летом в полярной области, то Солнце для него вообще не будет заходить, даже в полночь.

Что такое солнечное затмение?

В новолуние иногда случается так, что Луна оказывается как раз между Землей и Солнцем. Тогда Луна закрывает Солнце и отбрасывает тень на Землю. Так происходит солнечное затмение. При полном затмении Луна совсем закрывает солнечный диск. Среди бела дня вдруг на несколько минут наступают сумерки и невооруженному глазу становятся видны слабо светящаяся солнечная корона и ярчайшие звезды.

Если во время затмения Луна далеко от Земли, нам она кажется маленькой и не может совсем закрыть Солнце. Тогда вокруг темного диска Луны остается светлое солнечное кольцо. Такое затмение называют кольцеобразным.

При полном солнечном затмении тень Луны падает на Землю. Солнце полностью закрывается Луной. Во время кольцеобразного затмения вершина тени не достигает Земли. Вокруг темного диска Луны видно яркое солнечное кольцо. Масштаб на рисунке не соблюден.

Раньше солнечные затмения вызывали у людей страх и ужас.

Иногда Луна не полностью закрывает диск Солнца, проходя немного в стороне от его центра. В этом случае речь идет о частном солнечном затмении.

Чаще же всего Луна проходит значительно выше или ниже Солнца, поэтому солнечные затмения происходят не каждый месяц. Во время полного солнечного затмения лунная тень, скользя над поверхностью Земли, покрывает узкую полосу шириной 100 км. При каждом следующем затмении тень попадает на иную область планеты. Поэтому между двумя такими явлениями в одном и том же городе может пройти несколько столетий. Ближайшее полное солнечное затмение в восточной части России произойдет 9 марта 1997 года, а в Южной Германии – 11 августа 1999 года. В Москве же такое явление будут наблюдать лишь наши потомки в далеком 2126 году.

При полном солнечном затмении внешние слои Солнца становятся видимыми.

11 августа 1999 года жители областей, расположенных в затемненной полосе, станут свидетелями удивительного зрелища – полного солнечного затмения.

Орбитальная станция «Скайлэб» сфотографировала в 1973 году тень Луны, скользящую по Земле.