Большая Советская Энциклопедия (СО)

Лит.: Поздняков Б. С., Коптелов Е. А., Термоэлектрическая энергетика, М., 1974.

Ю. Н. Малевский.

Солнечный удар

Со'лнечный уда'р, остро развивающееся болезненное состояние человека и животных; обусловлено нарушением мозговых функций в результате непосредственного действия солнечных лучей на голову. У человека возникающие при С. у. функциональные и структурные изменения в подкорково-стволовых отделах мозга (регулирующих дыхание, кровообращение, температурный баланс, уровень бодрствования — сна и т.д.) проявляются головной болью, рвотой, вялостью, повышением температуры тела (иногда выше 40 °С), нарушениями пульса, дыхания, судорогами, возбуждением и др. симптомами; в тяжёлых случаях развивается кома. Первая помощь: перенести больного в тень; охлаждение холодными компрессами, влажными обёртываниями и т.п.; в тяжёлых случаях — искусственное дыхание. См. также Тепловой удар.

Солнце

Со'лнце, центральное тело Солнечной системы, представляет собой раскалённый плазменный шар; С. — ближайшая к Земле звезда. Масса С. 1,990 10³⁰кг (в 332 958 раз больше массы Земли). В С. сосредоточено 99,866% массы Солнечной системы. Солнечный параллакс (угол, под которым из центра С. виден экваториальный радиус Земли, находящейся на среднем расстоянии от С., равен 8",794 (4,263•10^–5рад). Расстояние от Земли до С. меняется от 1,4710•10¹¹м (январь) до 1,5210•10¹¹ м (июль), составляя в среднем 1,4960•10¹¹м (астрономическая единица). Средний угловой диаметр С. составляет 1919",26 (9,305•10–3 рад), чему соответствует линейный диаметр С. 1,392•10⁹ м (в 109 раз больше диаметра экватора Земли). Средняя плотность С. 1,41•10³кг/м³. Ускорение силы тяжести на поверхности С. составляет 273,98 м/сек². Параболическая скорость на поверхности С. (вторая космическая скорость) 6,18•10⁵м/сек. Эффективная температура поверхности С., определяемая, согласно Стефана — Больцмана закону излучения, по полному излучению С. (см. Солнечная радиация), равна 5770 К.

История телескопических наблюдений С. начинается с наблюдений, выполненных Г. Галилеем в 1611; были открыты солнечные пятна, определён период обращения С. вокруг своей оси. В 1843 немецкий астроном Г. Швабе обнаружил цикличность солнечной активности. Развитие методов спектрального анализа позволило изучить физические условия на С. В 1814 Й. Фраунгоферобнаружил тёмные линии поглощения в спектре С. — это положило начало изучению химического состава С. С 1836 регулярно ведутся наблюдения затмений С., что привело к обнаружению короны и хромосферы С., а также солнечных протуберанцев. В 1913 американский астроном Дж. Хейл наблюдал зеемановское расщепление фраунгоферовых линий спектра солнечных пятен и этим доказал существование на С. магнитных полей. К 1942 шведский астроном Б. Эдлен и др. отождествили несколько линий спектра солнечной короны с линиями высокоионизованных элементов, доказав этим высокую температуру в солнечной короне. В 1931 Б. Лиоизобрёл солнечный коронограф, позволивший наблюдать корону и хромосферу вне затмений. В начале 40-х гг. 20 в. было открыто радиоизлучение Солнца. Существенным толчком для развития физики С. во 2-й половины 20 в. послужило развитие магнитной гидродинамики и физики плазмы. После начала космической эры изучение ультрафиолетового и рентгеновского излучения С. ведётся методами внеатмосферной астрономии с помощью ракет, автоматических орбитальных обсерваторий на спутниках Земли, космических лабораторий с людьми на борту. В СССР исследования С. ведутся на Крымской и Пулковской обсерваториях, в астрономических учреждениях Москвы, Киева, Ташкента, Алма-Аты. Абастумани, Иркутска и др. Исследованиями С. занимается большинство зарубежных астрофизических обсерваторий (см. Астрономические обсерватории и институты).

Вращение С. вокруг оси происходит в том же направлении, что и вращение Земли, в плоскости, наклоненной на 7°15' к плоскости орбиты Земли (эклиптике). Скорость вращения определяется по видимому движению различных деталей в атмосфере С. и по сдвигу спектральных линий в спектре края диска С. вследствие эффекта Доплера. Таким образом было обнаружено, что период вращения С. неодинаков на разных широтах. Положение различных деталей на поверхности С. определяется с помощью гелиографических координат, отсчитываемых от солнечного экватора (гелиографическая широта) и от центрального меридиана видимого диска С. или от некоторого меридиана, выбранного в качестве начального (т. н. меридиана Каррингтона). При этом считают, что С. вращается как твёрдое тело. Положение начального меридиана приводится в Астрономических ежегодниках на каждый день. Там же приводятся сведения о положении оси С. на небесной сфере. Один оборот относительно Земли точки с гелиографической широтой 17° совершают за 27,275 сут (синодический период). Время оборота на той же широте С. относительно звёзд (сидерический период) — 25,38 сут. Угловая скорость вращения w для сидерического вращения изменяется с гелиографической широтой j по закону: w = 14°, 44—3° sin²j в сутки. Линейная скорость вращения на экваторе С. — около 2000 м/сек.

С. как звезда является типичным жёлтым карликом и располагается в средней части главной последовательности звёзд на Герцшпрунга — Ресселла диаграмме. Видимая фотовизуальная звёздная величина С. равна — 26,74, абсолютная визуальная звёздная величина M_v равна + 4,83. Показатель цвета С. составляет для случая синей (В) и визуальной (V) областей спектра M_B — M_V = 0,65. Спектральный класс С. G2V. Скорость движения относительно совокупности ближайших звёзд 19,7x10³м/сек. С. расположено внутри одной из спиральных ветвей нашей Галактики на расстоянии около 10 кпс от её центра. Период обращения С. вокруг центра Галактики около 200 млн. лет. Возраст С. — около 5x10⁹ лет.

Внутреннее строение С. определено в предположении, что оно является сферически симметричным телом и находится в равновесии. Уравнение переноса энергии, закон сохранения энергии, уравнение состояния идеального газа, закон Стефана — Больцмана и условия гидростатического, лучистого и конвективного равновесия вместе с определяемыми из наблюдений значениями полной светимости, полной массы и радиуса С. и данными о его химическом составе дают возможность построить модель внутреннего строения С. Полагают, что содержание водорода в С. по массе около 70%, гелия около 27%, содержание всех остальных элементов около 2,5%. На основании этих предположений вычислено, что температура в центре С. составляет 10—15x10⁶К, плотность около 1,5•10⁵кг/м³, давление 3,4•10¹⁶ н/м² (около 3•10¹¹ атмосфер). Считается, что источником энергии, пополняющим потери на излучение и поддерживающим высокую температуру С., являются ядерные реакции, происходящие в недрах С. Среднее количество энергии, вырабатываемое внутри С., составляет 1,92 эрг на г в сек. Выделение энергии определяется ядерными реакциями, при которых водород превращается в гелий. На С. возможны 2 группы термоядерных реакций такого типа: т. н. протон-протонный (водородный) цикл и углеродный цикл (цикл Бете). Наиболее вероятно, что на С. преобладает протон-протонный цикл, состоящий из 3 реакций, в первой из которых из ядер водорода образуются ядра дейтерия (тяжёлый изотоп водорода, атомная масса 2); во второй из ядер дейтерия образуются ядра изотопа гелия с атомной массой 3 и, наконец, в третьей из них образуются ядра устойчивого изотопа гелия с атомной массой 4.

Перенос энергии из внутренних слоев С. в основном происходит путём поглощения электромагнитного излучения, приходящего снизу, и последующего переизлучения. В результате понижения температуры при удалении от центра С. постепенно увеличивается длина волны излучения, переносящего большую часть энергии в верхние слои (см. Вина закон излучения). Перенос энергии движением горячего вещества из внутренних слоев, а охлажденного внутрь (конвекция) играет существенную роль в сравнительно более высоких слоях, образующих конвективную зону С., которая начинается на глубине порядка 0,2 солнечных радиуса и имеет толщину около 10⁸ м. Скорость конвективных движений растет с удалением от центра С. и во внешней части конвективной зоны достигает (2—2,5)x10³м/сек. В ещё более высоких слоях (в атмосфере С.) перенос энергии опять осуществляется излучением. В верхних слоях атмосферы С. (в хромосфере и короне) часть энергии доставляется механическими и магнитогидродинамическими волнами, которые генерируются в конвективной зоне, но поглощаются только в этих слоях. Плотность в верхней атмосфере очень мала, и необходимый отвод энергии за счёт излучения и теплопроводности возможен только, если кинетическая температура этих слоев достаточно велика. Наконец, в верхней части солнечной короны большую часть энергии уносят потоки вещества, движущиеся от С., т. н. солнечный ветер. Температура в каждом слое устанавливается на таком уровне, что автоматически осуществляется баланс энергии: количество приносимой энергии за счёт поглощения всех видов излучения, теплопроводностью или движением вещества равно сумме всех энергетических потерь слоя.

Полное излучение С. определяется по освещённости, создаваемой им на поверхности Земли, — около 100 тыс. лк, когда С. находится в зените. Вне атмосферы на среднем расстоянии Земли от С. освещённость равна 127 тыс. лк. Сила света С. составляет 2,84x10²⁷ световое количество энергии, приходящее в 1 мин на площадку в 1 см³, поставленную перпендикулярно солнечным лучам за пределами атмосферы на среднем расстоянии Земли от С., называют солнечной постоянной. Мощность общего излучения С. — 3,83x10²⁶вт, из которых на Землю попадает около 2x10¹⁷вт, средняя яркость поверхности С. (при наблюдении вне атмосферы Земли) — 1,98x10⁹нт, яркость центра диска С. — 2,48x10⁹ нт. Яркость диска С. уменьшается от центра к краю, причём это уменьшение зависит от длины волны, так что яркость на краю диска С., например для света с длиной волны 3600 A, составляет около 0,2 яркости его центра, а для 5000 A — около 0,3 яркости центра диска С. На самом краю диска С. яркость падает в 100 раз на протяжении менее одной секунды дуги, поэтому граница диска С. выглядит очень резкой (рис. 1).

Спектральный состав света, излучаемого С., т. е. распределение энергии в спектре С. (после учёта влияния поглощения в земной атмосфере и влияния фраунгоферовых линий), в общих чертах соответствует распределению энергии в излучении абсолютно чёрного тела с температурой около 6000 К. Однако в отдельных участках спектра имеются заметные отклонения. Максимум энергии в спектре С. соответствует длине волны 4600 A. Спектр С. — это непрерывный спектр, на который наложено более 20 тыс. линий поглощения (фраунгоферовых линий). Более 60% из них отождествлено со спектральными линиями известных химических элементов путём сравнения длин волн и относительной интенсивности линии поглощения в солнечном спектре с лабораторными спектрами. Изучение фраунгоферовых линий даёт сведения не только о химическом составе атмосферы С., но и о физических условиях в тех слоях, в которых образуются те или иные линии поглощения. Преобладающим элементом на С. является водород. Количество атомов гелия в 4—5 раз меньше, чем водорода. Число атомов всех других элементов вместе взятых, по крайней мере, в 1000 раз меньше числа атомов водорода. Среди них наиболее обильны кислород, углерод, азот, магний, кремний, сера, железо и др. В спектре С. можно отождествить также линии, принадлежащие некоторым молекулам и свободным радикалам: OH, NH, CH, CO и др.

Магнитные поля на С. измеряются главным образом по зеемановскому расщеплению линий поглощения в спектре С. (см. Зеемана эффект). Различают несколько типов магнитных полей на С. (см. Солнечный магнетизм). Общее магнитное ноле С. невелико и достигает напряжённости в 1 э той или иной полярности и меняется со временем. Это поле тесно связано с межпланетным магнитным полем и его секторной структурой. Магнитные поля, связанные с солнечной активностью, могут достигать в солнечных пятнах напряжённости в несколько тысяч э. Структура магнитных полей в активных областях очень запутана, чередуются магнитные полюсы различной полярности. Встречаются также локальные магнитные области с напряжённостью поля в сотни э вне солнечных пятен. Магнитные поля проникают и в хромосферу, и в солнечную корону. Большую роль на С. играют магнитогазодинамические и плазменные процессы. При температуре 5000—10 000 К газ достаточно ионизован, проводимость его велика и благодаря огромным масштабам солнечных явлений значение электромеханических и магнитомеханических взаимодействий весьма велико (см. Космическая магнитогидродинамика).

Атмосферу С. образуют внешние, доступные наблюдениям слои. Почти всё излучение С. исходит из нижней части его атмосферы, называемой фотосферой. На основании уравнений лучистого переноса энергии, лучистого и локального термодинамического равновесия и наблюдаемого потока излучения можно теоретически построить модель распределения температуры и плотности с глубиной в фотосфере. Толщина фотосферы около 300 км, её средняя плотность 3x10^–4кг/м³. температура в фотосфере падает по мере перехода к более внешним слоям, среднее её значение порядка 6000 К, на границе фотосферы около 4200 К. Давление меняется от 2x10⁴ до 10² н/м². Существование конвекции в подфотосферной зоне С. проявляется в неравномерной яркости фотосферы, видимой её зернистости — т. н. грануляционной структуре. Гранулы представляют собой яркие пятнышки более или менее круглой формы, видимые на изображении С., полученном в белом свете (рис. 2). Размер гранул 150—1000 км, время жизни 5—10 мин. отдельные гранулы удаётся наблюдать в течение 20 мин. Иногда гранулы образуют скопления размером до 30 000 км. Гранулы ярче межгранульных промежутков на 20—30%, что соответствует разнице в температуре в среднем на 300 К. В отличие от др. образований, на поверхности С. грануляция одинакова на всех гелиографических широтах и не зависит от солнечной активности. Скорости хаотических движений (турбулентные скорости) в фотосфере составляют по различным определениям 1—3 км/сек. В фотосфере обнаружены квазипериодические колебательные движения в радиальном направлении. Они происходят на площадках размерами 2—3 тыс. км, с периодом около 5 мин и амплитудой скорости порядка 500 м/сек. После нескольких периодов колебания в данном месте затухают, затем могут возникнуть снова. Наблюдения показали также существование ячеек, в которых движение происходит в горизонтальном направлении от центра ячейки к её границам. Скорости таких движений около 500 м/сек. Размеры ячеек — супергранул — 30—40 тыс. км. По положению супергранулы совпадают с ячейками хромосферной сетки. На границах супергранул магнитное поле усилено. Предполагают, что супергранулы отражают существование на глубине нескольких тыс. км под поверхностью конвективных ячеек такого же размера. Первоначально предполагалось, что фотосфера даёт только непрерывное излучение, а линии поглощения образуются в расположенном над ней обращающем слое. Позже было установлено, что в фотосфере образуются и спектральные линии, и непрерывный спектр. Однако для упрощения математических выкладок при расчёте спектральных линий понятие обращающего слоя иногда применяется.