Анатолий Цыцаркин - Земля и её пассажиры

Что касается Юпитера и Сатурна, то температура газа в области их образования при сжатии Протосолнца менее 1200 К и 700 К соответственно. Быстрое прохождение зоны этих планет наружной границей образующейся звезды и высокая разреженность среды уже не могла обеспечить существенного прогрева будущих планет. Их относительная массивность объясняется удаленностью от Солнца.

Важнейшим фактором, сопровождающим образование Солнца, является интенсивность излучения из сжимающегося объема, существенно превышающая его уровень на любом удалении при стационарном состоянии светила. Равновесные средние температуры на поверхности планет составляют 930 К (6000 К) у Меркурия; 740 К (4200 К) у Венеры; 288 К (2800 К) у Земли; 210 К (2300 К) у Марса; 160 К (1200 К) у Юпитера и 130 К (700 К) у Сатурна. В скобках приводятся значения температур на орбитах планет при прохождении их границы Протосолнца.

При облучении тела на него производится световое давление в результате передачи импульса поглощаемых или отражаемых фотонов. Сила этого давления примерно в 100 раз превышает силу гравитационного притяжения даже самых тяжелых молекул, причем это соотношение не зависит от удаления от Солнца.

На стадии сжатия Протосолнца тяжелые элементы как бы выталкиваются из его объема наружу. Это положение сохраняется в периферийных областях Солнца: конвективной зоне, фотосфере, хромосфере.

Так, излучение из слоя фотосферы, непосредственно примыкающей к конвективной зоне, изобилует линиями поглощения однозарядных ионов железа, магния, причем концентрация этих элементов в несколько раз (до 10) выше, чем в межзвездной среде.

В этой связи представляется парадоксальным факт удержания Солнцем таких легких элементов, как водород и гелий. Температура в фотосфере составляет около 6000 К, что недостаточно для заметной ионизации атомов водорода, которая требует подогрева до 100 тыс. градусов. Уровень температуры для ионизации гелия еще больше (около 180 и 360 тыс. град. соответственно для отрыва первого и второго электрона). «Право» на возврат в глубину Солнца имеют только «голые» ядра этих элементов, но снятие электронной «одежды» может произойти только при температурах 400 тыс. град. и выше, которые характерны для границ между конвективной и промежуточной зон.

Тем не менее такие условия реализуются в атмосфере Солнца уже за пределами фотосферы. Под действием светового давления атомы и молекулы, в том числе и частично ионизированные, разгоняются в области хромосферы до скоростей порядка 100 км/сек.

Проходя через магнитное поле Солнца, индукция которого в тысячи раз выше, чем у Земли, высокоскоростной поток проводящей среды, вызывает появление электродвижущей силы и электрического тока, что характерно для реализации магнитогидродинамического эффекта.

Мощность такого солнечного генератора пропорциональна электропроводности среды и квадрату ее скорости поперек магнитных линий.

В условиях интенсивных электрических разрядов повышается температура среды, степень ее ионизации и электропроводность. Одновременно происходит постепенное торможение потока. На границе хромосферы и короны температура поднимается до уровня порядка миллиона градусов, что достаточно для достижения высокой степени ионизации водорода и гелия. После торможения в гравитационном поле Солнца они в виде протонов и ядер с ускорением порядка 270 м/сек2 возвращаются в конвективную зону.

Отметим, что атомы или ионы тяжелых элементов, являясь поглощающими в относительно низкотемпературной зоне фотосферы, становятся уже излучающими из области короны, причем линии излучения соответствуют наличию ≈15-ти зарядных катионов железа и никеля. При этом энергия ионизации находится на уровне 500 ЭВ, что соответствует температуре даже выше 1 млн. град.

Резкий рост температуры происходит в узкой зоне между хромосферой и короной на удалении около 2000 км от границы Солнца (фотосферы). Из этой зоны тепловой радиационный поток направлен как внутрь, так и наружу. Он примерно в миллион раз меньше общего солнечного потока, что объясняется разреженности атмосферы в этой области.

Однако унос вещества от Солнца все же имеется, но в незначительном количестве и составляет всего 0.01% от массы Солнца за 10 млрд. лет. Уровень потерь у звезд других типов может превышать солнечный в миллион раз.

Такое истечение имеет признаки своеобразного ветра, который классифицируется как солнечный. Скорость молекул составляет около 500 км/сек, температура до полумиллиона градусов при плотности порядка 10-23 г/см3. Этот плазменный поток тормозится и удерживается магнитосферой Земли.

Стабильность массы и активность Солнца в определенной мере связаны, однако при этом не исключены те или иные временные отклонения. На протяжении примерно 4 млрд. лет температурные условия на Земле обеспечивали сохранение и развитие органической жизни, не в последнюю очередь благодаря термостатирующим свойствам мощной гидросферы. Поддержание аналогичных условий на суше становится критичным в последние ≈450 млн. лет.

Между тем установлен ряд оледенений на Земле продолжительностью более 10 млн. лет с периодичностью 200÷300 млн. лет. Столь высокая длительность указывает на связь этих явлений с процессами на Солнце и на их глубинный характер. Снижение уровня его активности, являющееся причиной значительного похолодания, может быть связано с уменьшением мощности энерговыделений в ходе протон – протонных и других термоядерных реакций. Ядра образующегося гелия не только экранируют протоны от столкновений между собой, но значительно снижают их кинетическую энергию. Это объясняется специфическим взаимодействием протонов с гелием, содержащим два нейтрона. Увеличение концентрации гелия сверх уже имеющейся может заметно снизить тепловыделение в реакционной зоне.

Предполагается, что после достижения определенной пороговой концентрации может сработать механизм отстаивания, в результате чего более тяжелый гелий в поле тяготения уйдет к центру ядра Солнца. При этом возрастет концентрация протонов и уровень энерговыделения. Оценки показывают, что осаждение ядер гелия является очень медленным процессом из-за высокой вязкости водородно-гелиевой плазмы. Накопление гелия способствует развитию конвективного режима и установлению естественного барометрического распределения концентраций по радиусу. При этом проявляется некоторое смещение (дрейф) зоны термоядерных реакций по направлению от центра.

Генерируемые в недрах Солнца кванты излучения на пути к поверхности претерпевает огромное число поглощений, переизлучений, многообразные трансформации первоначальной частоты рентгеновского диапазона с превращением в безопасный для жизни оптический спектр со смежными инфракрасным и ультрафиолетовым. Этот процесс занимает время в несколько миллионов лет; средняя скорость прохождения находится на уровне 2 см/час.