Солнце получает энергию благодаря синтезу в ядре. Но может ли свет появиться на его поверхности?
Птицы поют после шторма; почему бы и людям не радоваться отведённому им солнечному свету?
— Роуз Кеннеди
Но всё же, сам по себе свет Солнца был бы для нас смертелен, если бы мы встретились с ним в момент его появления. Как всегда, вы не разочаровываете меня своими вопросами и предложениями, и их спектр протянулся от инфляции до чёрных дыр и аннигиляции антиматерии, но я выбираю лишь один вопрос в неделю. В этот раз спрашивает kbanks64:
Я много раз слышал, что солнечному свету требуются тысячи лет, чтобы добраться из центра Солнца на поверхность. Я понимаю это, но хочу спросить – не создаётся ли какой свет на поверхности Солнца, чтобы покинуть его немедленно?
Солнце – интересная штука, а свет от Солнца – ещё более интересная штука! Давайте разбираться.
![](https://habrastorage.org/getpro/geektimes/post_images/623/8d2/928/6238d29287be6922557590606fcda194.jpg)
Если бы не было ядерного синтеза, единственным источником энергии Солнца была бы наша родная гравитация. Лорд Кельвин изначально считал, что Солнце со временем будет сжиматься, и что огромное количество потенциальной гравитационной энергии в процессе конвертируется в тепло, излучаемое с его поверхности.
Это была прекрасная идея, но такой процесс подпитывал бы Солнце не более 100 миллионов лет, чего совершенно недостаточно с точки зрения геологии и биологии, наблюдаемой нами на Земле. Некоторые звёзды – такие, как белые карлики, (включая и Сириус В на картинке выше, имеющий массу, сравнимую с солнечной) – подпитываются таким механизмом Кельвина-Гельмгольца, но их свечение в несколько миллионов раз слабее, чем у Солнца.
![](https://habrastorage.org/getpro/geektimes/post_images/bf7/66a/e21/bf766ae2192c0d9ec125d4ef996ce13f.jpg)
Свет Солнца питается от ядерного синтеза, в котором из лёгких ядер синтезируются тяжёлые, а в процессе испускается огромное количество энергии (E = mc2) и высокоэнергетических фотонов.
Но, как отмечает наш читатель, эти реакции проходят только в ядре, и огромное количество ионизированных атомов – протонов, ядер и свободных электронов – препятствуют тому, чтобы эти фотоны достигали поверхности Солнца без того, чтобы вначале претерпеть огромное количество столкновений. Из-за них получается большое количество гораздо более холодных фотонов, с длинами волн из ультрафиолетового, видимого и инфракрасного диапазонов, вместо первоначального гамма-излучения.
![](https://habrastorage.org/getpro/geektimes/post_images/47e/7c4/b41/47e7c4b411ea5a996038666247616553.gif)
Ядерный синтез происходит по шагам, когда два протона сливаются в дейтрон, затем из дейтерия синтезируется гелий-3 или тритий, а из гелия-3 или трития с ещё одним дейтроном синтезируется гелий-4, и в процессе получаются побочные продукты реакций в виде протонов и нейтронов, а также нейтрино и высокоэнергетических фотонов.
• Нейтрино беспрепятственно покидают Солнце.
• Высокоэнергетические фотоны претерпевают огромное количество столкновений, и выход наружу занимает от десятков до сотен тысяч лет.
• Продукты реакций остаются стабильными, распадаются, или участвуют в других реакциях, но всё это происходит в глубине светила.
![](https://habrastorage.org/getpro/geektimes/post_images/01b/d3f/5f0/01bd3f5f0152cf45652ae67a7f891e99.jpg)
Процесс синтеза требует квантовой физики: энергии даже в ядре Солнца, где температуры могут превышать 15 000 000 K, всё ещё недостаточно для их прохождения. Вместо этого при таких температурах существует небольшая квантовая вероятность, порядка 1 шанса на 1028, что при столкновении частицы туннелируют в более тяжёлое ядро. Но внутри Солнца существуют такие плотности и температуры, что ежесекундно 4 * 1038 протонов сливаются в гелий.
![](https://habrastorage.org/getpro/geektimes/post_images/194/6ae/270/1946ae27092f9b62e1917d4440b7f20f.png)
Но эти реакции не происходят близко к поверхности. Даже при помощи квантовой физики для синтеза необходима температура не менее 4 000 000 K, а такие температуры кончаются примерно в середине зоны излучения (более 99% всего синтеза происходит в ядре). Так что, нет, никакие реакции синтеза, питающие Солнце, не происходят так близко к поверхности, чтобы их результаты достигли наших глаз.
![](https://habrastorage.org/getpro/geektimes/post_images/88c/834/b8d/88c834b8d460fe1ca781712f8bd72281.png)
Но на Солнце происходит кое-что ещё: её фотосферу окружает высокотемпературная плазма, солнечная корона. Эта горячая ионизированная плазма может достигать температур в миллионы градусов, в отличие от всего 6000 К у фотосферы. Кроме того, существуют солнечные вспышки, исходящие изнутри Солнца, массовые выбросы и прочие эффекты, увеличивающие температуру Солнца в определённых местах.
И хотя эти эффекты не приводят к запуску дополнительных реакций ядерного синтеза, они меняют профиль испускания энергии. Спектр, показанный мною ранее, это всего лишь идеализированная ложь.
Вот, как на самом деле выглядит Солнце.
![](https://habrastorage.org/getpro/geektimes/post_images/15f/da3/aea/15fda3aea87a10fafc466561906aa693.gif)
Заметьте, насколько он отличается. Он более энергетический в дальнем ультрафиолете и околорентгеновском диапазоне (но гамма-лучей всё же нет, извините; только во время вспышек – и то, из-за ударного нагрева, а не из-за ядерного синтеза). Разницу можно понять, рассмотрев отдельные, конкретные длины волн света.
Мы наблюдаем, что видимый свет на поверхности Солнца довольно однородный (за исключением более холодных пятен), и близкий к ультрафиолету свет следует примерно той же схеме. Но у более коротких волн и высоких энергий эти энергии достигаются только в районах вспышек и солнечной короны.
![](https://habrastorage.org/getpro/geektimes/post_images/0fe/804/3fe/0fe8043fefa1d93fd09522dfa8e6e7f7.gif)
Свет, исходящий от внешних слоёв Солнца – из фотосферы и короны – совпадает с излучением любого тела во Вселенной, нагретого до определённой температуры. Просто излучает его не единая поверхность Солнца, а набор абсолютно чёрных тел, некоторые из которых находятся в глубине верхних слоёв, где температура повыше, а другие – снаружи, в фотосфере, где температура пониже.
Поэтому, рассматривая детализацию спектра излучения Солнца, мы видим отклонения от абсолютно чёрного тела не только на высоких энергиях, но и на всех энергиях.
![](https://habrastorage.org/getpro/geektimes/post_images/868/804/c03/868804c038b7369d7469190d3e80b380.png)
Поэтому, в итоге:
• Реакции ядерного синтеза, происходящие внутри Солнца, идут очень глубоко, и никакие созданные в них фотоны не попадают на поверхность, не испытав множество столкновений.
• Свет излучается с внешних слоёв Солнца, из фотосферы и короны.
• Корона – самая горячая часть (почему – это отдельная тема), и она отвечает за большую часть излучения в ультрафиолетовом и рентгеновском диапазоне, но её вклад в видимый свет невелик, и заметен только при полных затмениях.
• В излучающих свет регионах не происходят ядерные реакции, но иногда из-за вспышек происходит ударный нагрев, приводящий к излучению высокоэнергетических гамма-лучей.
![](https://habrastorage.org/getpro/geektimes/post_images/7c3/ef9/d72/7c3ef9d72fd209e50c083d27385a7ba4.gif)
Всё это, строго говоря, солнечный свет, и это наиболее близкий к ответу «да» вариант. Энергия внутренностей Солнца разогревает все его различные слои, включая и внешние, до указанных температур. Атомы, разогретые до этих температур, испускают фотоны, соответствующие этим температурам, и так получается солнечный свет на всех этих различных частотах.
Но если суть вопроса была в том, происходят ли ядерные реакции достаточно близко к поверхности, для того, чтобы мы видели их непосредственный результат, тогда ответ будет отрицательный – если только вы не будете смотреть на Солнце в нейтринный телескоп.
![](https://habrastorage.org/getpro/geektimes/post_images/904/9f8/0d2/9049f80d29c3f99e02bde484bec72885.png)
А в этом случае, да, мы увидим их все!
Комментарии (5)
Smbdy_kiev
25.11.2016 11:47А мне ещё «слух режет» столкновение света с частичками ("… препятствуют тому, чтобы эти фотоны достигали поверхности Солнца без того, чтобы вначале претерпеть огромное количество столкновений.") Всё-таки как-то привычней говорить об актах рассеивания. Но в целом, очень интересно. Я бы и подумать не мог, что свет выходит так долго. Даже не задумывался о времени выхода. А тут он оно как. Спасибо.
alex1603
26.11.2016 08:26У меня вопрос! А можно ли в солнце увидеть отражение? Да я понимаю звучит странно, но если задуматься! Ведь нам видно другие планеты с земли это отраженный свет. Часть света отражается обратно в солнце, а что далее? Чисто теоретически, если отраженные фотоны каким либо образом попробовать отделить от самого света то можно(теоретически) увидеть планеты с подробностями которые не доступны телескопам! Спасибо!
trapwalker
28.11.2016 12:42Забавно звучит: солнечный свет — это излучение абсолютно черного тела. "Абсолютно черное солнце ярко светило сквозь лёгкую дымку облаков."
CyberAndrew
От названия статьи и первого абзаца просто взрывается мозг.