Солнце — это колоссальный раскалённый шар, в центре которого происходит освобождение энергии из водорода. Водород трансформируется в гелий, а излучаемая энергия выделяется в космическое пространство. Люди в древности не зря обожествляли светило. Именно его энергия обеспечивает существование жизни на Земле.
Размеры Солнца
Диаметр
Солнце (Гелиос) — это ближайшая к нашей планете звезда. Она относится к категории «Жёлтых карликов». Подобно другим светилам, Гелиос не имеет прочной поверхности. Его первичным слоем принято считать фотосферу, излучающую энергию. А потому диаметр Солнца — ни что иное, как диаметр его фотосферы.
Измерить масштабы светила можно простым доступным способом. Для эксперимента необходимо тёмное помещение, куда солнечный луч проникает через маленькое отверстие. Плотную белую бумагу достаточно поставить напротив луча, и на поверхности листа появится крошечное изображение Солнца. Чем дальше будет бумага от отверстия, тем больше будет пятно. На расстоянии 107 см его диаметр составит 1 см. При удалении на 214 см возрастёт до 2 см. То есть диаметр настоящего светила в 107 раз меньше расстояния до Земли и составляет 1400000 км.
Учёные смогли определить точный диаметр Солнца в километрах, базируясь на эффекте под названием «Чётки Бейли». Чётками называют красные точки по окружности солнечного диска, которые становятся видимыми во время затмения. С их помощью астрономы точно выделили положение светила и смогли измерить его размеры.
Анализ исторических данных, дополненный регулярным современным мониторингом, показал, что диаметр Солнца подвержен изменениям. Так, в XVII веке светило было на 2 тыс.километров шире нынешнего. Астрономы установили, что звезда расширяется и сжимается в течение 160 минут. За этот же период меняется количество выбрасываемой энергии.
Радиус
Измерения длительности солнечных затмений и наблюдения за перемещением Меркурия и Венеры на фоне солнечного диска позволили учёным вычислить примерный радиус звезды. Он равен 695990 км.
Приборы на борту космических станций дали возможность уточнить расчёты. Исследования проводились методами гелиосейсмологии. При этом рассматривалось движение так называемых f-волн на поверхности Солнца. Этот способ вычислений дал несколько иной результат — на 300 км меньше (695700 км). Выявленная погрешность может иметь серьёзные последствия для изучения Солнца, его состава и активности.
Радиус будет иметь одинаковое значение во всех направлениях, поскольку Гелиос имеет правильную шарообразную форму.
Сравнение размеров небесных тел
Величину солнечного радиуса в астрономии применяют в качестве меры измерения габаритов других космических объектов:
Во Вселенной можно обнаружить звезды – гиганты, превосходящие во много раз наше светило. Крупнейшая звезда VY Canis Majoris, по мнению учёных, имеет 2100 диаметров Гелиоса.
Масса Солнца, её измерение и сравнение
Солнце — крупнейшее небесное тело в нашей звёздной системе (99,86% общей массы). На формирование массы солнца потребовалось почти 5 миллиардов лет.
Для измерения массы небесных тел разработаны три научных метода:
В первую очередь с помощью геодезического метода выяснили массу нашей планеты. Она, по оценкам, составила 6*10 24 кг. Затем на основании Третьего закона Кеплера вычислили массу Луны – 73477*10 22 кг. И в завершение узнали, чему равна масса Солнца — 19891*10 30 кг.
Солнечная масса стала абстрактной метрической единицей. Астрономы употребляют её для описания различных космических объектов. Самая гигантская известная звезда, Eta Carinae, оценивается в 150 масс Гелиоса.
Учёные составили прогноз солнечной активности на будущее. Опираясь на наблюдения за другими звёздами, они пришли к выводу, что звезда постепенно израсходует энергию фотосферы. Её размеры небывало расширятся. Ближайшие планеты — Меркурий и Венера будут поглощены. Возможно, что та же участь постигнет и Землю. Солнце преобразуется в Красного гиганта. Вслед за периодом роста последует катастрофическое сжатие. Светило сожмётся примерно до нынешних параметров Земли и будет именоваться Белым карликом.
Видео
Из нашего видео узнаете много интересного о размерах хорошо небесных тел Солнечной системы.
Планета – объект большой, его на весы не поставишь. Как же ученым удалось узнать массу Земли? Как измеряется масса далеких космических объектов?
Существует 2 способа определения массы Земли: с помощью барометра и математических вычислений, или анализа частиц нейтрино.
Барометр и законы Ньютона
Метод, применяемый с XVIII века. Для расчета используются второй закон Ньютона (F=mg) и закон всемирного тяготения (F=G*m*M/R^2).
F – это сила земного притяжения барометра, G – коэффициент гравитационной постоянной, R – радиус планеты, m – вес прибора, M – вес планеты.
Отдельно масса Земли вычисляется по формуле: M = g*R^2/G, где g – это ускорение свободного падения.
Ускорение свободного падения узнали, сбросив барометр с высокой башни и измерив время, которое он пролетел до столкновения с землей. Выяснилось, что за каждую последующую секунду барометр преодолевал почти 9.8 метров. Таким образом, g = 9.8 м/с².
Радиус Земли был известен еще с Античности. Столь сенсационное открытие сделал греческий математик Эратосфен в III веке до н.э.
Ученый подождал день летнего солнцестояния. В это время светило находится в самой высокой точке на небе и в 12 часов отбрасывает наименьшую тень в году.
Математик присмотрелся к обелиску, стоящему неподалеку, измерил отбрасываемую им тень, измерил сам обелиск, высчитал все углы, а потом сделал то же самое в соседнем городе. Расчеты дали ему окружность земли в 38.5 тысяч километров. Современные ученые пересчитали окружность подобным методом и высчитали 40 000 км.
Планета идеальным шаром не является, а потому ее радиус оказался 6371 км.
Труднее всего было найти коэффициент гравитационной постоянной. Для этого исследователи взяли однотонный свинцовый шар и посмотрели, с какой силой он притягивал барометр.
G = 6,67430(15)*10ˆ(-11) Н·м²·кг²
Подставив все эти цифры в уравнение, ученые высчитали, что Земля весит шесть септиллионов кг или 6^24 кг.
Это мельчайшие субатомные частицы, которые испускает Солнце. Они проходят планету насквозь.
Испанские физики поставили лабораторию на Южном полюсе, дождались момента, когда Солнце окажется на Северном полюсе и выловили нейтрино с обратной стороны.
Эксперимент кажется фантастичным, однако измерив скорость частиц, прошедших сквозь Землю, физики нашли плотность планеты и, соответственно, массу.
Как измеряются далекие планеты?
Масса далеких планет вычисляется примерно. Основами для вычислений становятся орбиты планет, орбиты их спутников и гравитационные возмущения между ними.
Масса звезд вычисляется по степени их яркости. Считается, чем ярче небесное тело, тем оно массивнее. По светимости звезды определяется её химический состав, а значит примерная плотность и вес.
Ввиду значительной удалённости от планеты Земля Солнце воспринимается человеком как тело, имеющее небольшой размер. По земным оценкам и меркам кажется, что видимый поперечник составляет 50-70 см. Если бы человек имел возможность «приземления» на Плутон, размеры светила показались бы ему другими. Итак, какова масса Солнца на самом деле – ответ на этот вопрос будет рассмотрен в статье.
О действительных размерах
Солнце – значительный по размерным показателям космический объект, который однозначно превосходит Землю в 1,3 млн раз! Значение поперечника светила нашей системы в 109 раз выше, нежели идентичный параметр у Земли, и составляет оно 1,4 млн км.
Чтобы масса Солнца была представлена более наглядно, стоит рассмотреть её в сравнительной картине. В 1 ведро можно вместить 130 тыс. пшеничных зёрен. Если в кучу будет высыпано 10 вёдер, а в сторону – положено одно маленькое зёрнышко, соотношение между этими частями будет иметь соответствие пропорциям, наблюдаемым между нашей звездой и Землёй.
Но масса Солнца с весом Земли имеет несколько другое соотношение: среднее значение плотности небесного светила вчетверо меньше, чем нашей планеты, этот показатель равняется 1,4 величины плотности воды. В свою очередь, масса Солнца превышает идентичный параметр Земли в 300 000 раз. В отношении всех планет Солнечной системы и их спутников это значение больше в 750 раз.
Весовой параметр Земли составляет, если представить точные данные, 5 958 000 000 000 000 000 000 тонн. Если выразить подобным образом вес Солнца, будет получено число, в составе которого – одна двойка и 27 нулей.
Земля и Солнце (фотомонтаж с сохранением соотношения размеров)
Известные научные сведения
Солнечная масса, или, говоря другими словами, масса Солнца, представляет собой единицу измерения массы, имеющую внесистемный тип. Она используется в астрономической науке в целях выражения звёздных весов, а также определения значений в отношении прочих астрономических объектов, к примеру, галактик, солнечных систем. Обозначение, используемое в обиходе учёных и рядовых обывателей – M. В астрономической науке его принято записывать следующим образом: M = 1,98847 * 10^30 кг.
Первый множитель не имеет максимально точного определения, поэтому может обозначаться как «плюс» или «минус» 0,00007 единиц. Массовое значение нашего естественного небесного светила, как известно, выше идентичного показателя Земли в 332 946 раз. А по точным подсчетам учёных 99,86% всей массы, относящейся к Солнечной системе, содержится именно в нашей звезде. Суммарная доля всех остальных планет имеет значение 0,0013M, причём максимальная часть приходится на Юпитер, который Солнце превышает по весу лишь в 1047,56 раз.
Формула определения
Львиная доля отдельных звёзд, присутствующих во Вселенной, имеют массовое значение от 0,08 до 50 единиц, а весовой показатель чёрных дыр и целых галактических пространств может достигать миллионов и миллиардов масс нашего главного яркого объекта. Масса Солнца, согласно формулам, разработанным в астрономической науке, может быть определена на основании формулы, которая следует из третьего закона Кеплера.
Формула расчёты солнечной массы
M = (4 * ПИ^2 * a^3) / (G * T^2), где a – длина, которой обладает большая полуось орбитальной части планеты; G есть величина гравитации Ньютона, которая является постоянной; Значение T представляет собой сидерический период, в течение которого планета делает оборот вокруг нашей звезды, для Земли это значение равняется году.
Таким образом, рассматриваемый показатель играет в астрономической науке важную роль и продолжает исследоваться и изучаться.
Как можно измерить вес (точнее, массу) Солнца, если даже реальный размер нашей “домашней звезды” настолько велик, что просто не укладывается в голове? Наверняка тут должен быть какой-то секрет… И подумав так, вы будете правы и не правы одновременно.
На первый взгляд, идея измерить массу Солнца, кажется фантастикой. На самом деле для этого не понадобится ничего, кроме простейших вычислений
С одной стороны, никакого секрета в деле измерения массы любого небесного тела сколько угодно большого размера, конечно же нет. С другой стороны, без определенных хитростей тут, конечно, не обойтись.
Давайте сразу условимся – говоря, что “нам нужно определить массу Солнца”, мы имеем ввиду “определить количество вещества входящего в состав Солнца”.
Для начала измерим массу Земли
Переформулировав задачу таким образом, мы сразу же получим зацепки ведущие к решению. Первым делом нам нужно определить величинусилы притяжения возникающей между любыми двумя массами.
Принцип этого определения следующий:
Представьте себе очень при очень чувствительные равноплечие весы с двумя чашками. В каждой чашке (А и Б) пускай лежит некий груз имеющий совершенно одинаковую массу. Весы в таком случае, будут прибывать в полном равновесии.
Теперь мы берем третье тело (В) масса которого нам также известна, и помещаем его под тело А. Взаимное притяжение между А и В, ожидаемо заставляет чашку весов А опуститься вниз. Для сохранения равновесия нам срочно необходимо добавить к массе Б очень небольшую, но опять же вполне измеримую массу Г.
Как вычислить массу планеты Земля, не выходя из дома?
Вас может заинтересовать
А вот теперь самое интересное: поскольку сила, с которой вся Земля притягивает тело Г, равна взаимному притяжению между А и В, можно без труда определить массу Земли, которая оказывается равной 6,59 х 10 21 тонн.
А теперь измерим массу Солнца!
Земля по своей орбите движется примерно так, как если бы невидимая нить соединяла ее с Солнцем. Действительно, гравитационное притяжение подобно натяжению нити, так что Земля все время движется к Солнцу, вместо того чтобы «улететь» по прямой линии, что будет, если эта “нить” вдруг оборвется. Можно сказать, что, двигаясь вокруг Солнца, Земля все время «падает» на него.
Этому “падению” соответствует отклонение ее орбиты от прямой линии, составляющее около 3 мм в секунду. Еще со времен Галилея известно, что на поверхности Земли в первую секунду своего падения всякое тело проходит 4,9 м. Расстояния 3 мм и 4,9 м прямо пропорциональны соответствующим гравитационным ускорениям, т. е. силам, действующим на единичную массу со стороны Солнца на расстоянии Земли и Земли на ее поверхности.
Отсюда, зная, что гравитационное ускорение прямо пропорционально массе и обратно пропорционально квадрату расстояния от центра тела, можно легко вычислить, что масса Солнца в 329 390 раз больше массы Земли.
Воспользовавшись значением массы Земли, полученным выше, находим, что масса Солнца составляет 2.24 х 10 27 тонн. Полностью это немыслимое число можно записать, как 2 240 000 000 000 000 000 000 000 000 тонн.
Влияние силы тяготения на движение Земли. Путь А-С представляет собой путь пройденный Землей по орбите за 1 секунду (30 км), при этом отклонение от прямой линии B-C составит всего 3 миллиметра
Теперь уже можно вычислить и среднюю плотность Солнца, т. е. его массу, поделенную на массу воды, занимающей тот же объем.
Поскольку один кубический сантиметр воды весит один грамм, мы просто должны разделить массу Солнца (в граммах) на его объем (в кубических сантиметрах). Получим в результате число 1,42.
Иными словами, в среднем некоторый объем солнечного вещества должен весить приблизительно столько же, сколько ком битумного угля, занимающего такой же объем.
Естественно, “среднее значение” на то и среднее, чтоб представлять некую золотую середину между солнечным ядром (где плотность вещества в 10 раз превышает плотность стали) и веществом солнечной короны (где плотность падает почти до величины космического вакуума). Тем не менее, в общем и целом данная методика расчетов абсолютно верна и может с успехом применяться при расчете массы любого небесного тела – хоть астероида, хоть звезды.
Он доказал, что всякие два тела — от мельчайших частиц до величайших солнц — притягивают друг друга со строго определенной силой, величину которой он научил нас вычислять. Это «всемирное тяготение» тождественное всем знакомой земной тяжестью. Он объяснил, исходя из открытого им закона всемирного притяжения, приливы и отливы в океанах. Он определил массы солнца и планет, а также вычислил силу тяжести на их поверхности.
Он указал причину третьего движения земного шара; движение это выражается в том, что продолжение земной оси описывает среди звезд круг в течение 26 тысяч лет, и роль Полярной звезды с течением веков переходит от одной звезды к другой. До Ньютона движение комет, их появление представлялось совершенно загадочным. Ньютон доказал, что кометы, подобно планетам, обращаются вокруг солнца, подчиняясь закону тяготения.
Он изобрел телескоп с зеркалом (отражательный), весьма удобный и очень сильный. Небольшая 15-сантиметровая зрительная трубка Ньютона была так же сильна, как существовавшие до этого времени полутораметровые трубы иной конструкции. Он доказал целым рядом убедительных опытов, что свет, который мы считаем белым, может быть разложен на отдельные цвета — фиолетовый, синий, голубой, зеленый, желтый и т. д. Он подробно исследовал способ распространил звука.
Он первый установил, что тела плавятся и кипят при постоянной температуре. Он открыл закон охлаждения тел. Он создал ту математическую науку, которая теперь называется «дифференциальным исчислением» и является одной из главнейших отраслей высшей математики. Углубленное изучение природы и овладение се силами стало возможно лишь благодаря этому могучему математическому орудию. Каждой из этих заслуг в отдельности было бы достаточно, чтобы заслужить почетное имя в истории науки. С датами рождения и смерти Ньютона связаны следующие две хронологические загадки:
1) Мы празднуем рождение Ньютона 5 января 1643 г., а между тем на его могильном памятнике имеется надпись: «Родился 25 декабря 1642 г.» Кроме того, все биографы отмечают, что Ньютон родился в год смерти Галилея; великий же итальянский физик умер 8 января 1642 года. Почему же мы теперь переносим дату рождения на следующий год?
2) Двухсотлетие смерти Ньютона отмечалось всем миром в апреле 1928 г., а надпись на могильной плите гласит, что он умер 20 марта 1727 г. Отчего такое расхождение?
Разгадки очень просты. Причина первого несоответствия — в различии календарных стилей! Мы ведем счет по так называемому Грегорианскому календарю, а в эпоху Ньютона Англия жила еще по Юлианскому календарю. На родине же Галилея — в Италии — новый календарный счет был введен еще в конце XVI века, до смерти великого ученого. Причина второй неувязки сложнее. Англия приняла обычай начинать год 1 января только в середине XVIII века, после смерти Ньютона. До того англичане начинали год 25 марта. Поэтому современники Ньютона относили дату его смерти (20 марта) к 1728 г., мы же относим ее к 1729 г. Сюда присоединяется еще разница календарных стилей.
В свободные от школьных занятий часы будущий основатель теоретической механики всегда что-нибудь мастерил. Наблюдая за постройкой ветряной мельницы, юный Ньютон так хорошо познакомился с ее устройством, что смог самостоятельно изготовить ее модель. Вертясь на крыше дома, она вызывала всеобщее удивление. Вскоре Ньютон изменил устройство своей мельницы так, что ее приводила в движение сила живого двигателя, — мышь, которую мальчик-изобретатель называл «мельником».
Стараясь схватить подвешенный кусочек мяса, четвероногий мельник невольно вертел колесо. В школе, где учился Ньютон, никто не умел так искусно изготовлять и запускать бумажные змеи, как он. Будущий исследователь с помощью законов сопротивления воздуха придавал своим змеям самые разнообразные формы, желая установить, при какой форме змей всего лучше запускается. В темные зимние утра он иногда привязывал к змею зажженный фонарь и запускал его ввысь. Окрестное население удивленно и не без страха смотрело на эту искусственную комету, не подозревая, кто виновник ее внезапного появления. Впоследствии Ньютон занялся и настоящими кометами. До Ньютона эти капризные светила не подчинялись как будто никаким законам. Ньютон первый определил движение комет и нашел его законы.
Когда в 1680 г. появилась на небе огромная комета, занимавшая своим хвостом почти четверть неба, он вычислил ее путь и доказал, что она, как и планеты, огибает солнце, но только движется по сильно вытянутой кривой. А когда через два года появилась другая большая комета (открытая другом Ньютона — Галлеем), то оба ученых с такой точностью установили ее обращение, что стало возможно даже предсказать, в каком году она снова приблизится к солнцу. Закон всемирного тяготения Ньютон открыл на двадцать третьем году жизни, когда, покинув из-за чумной эпидемии университетский город, он отдыхал в родной деревне.
Существует рассказ о том, что на мысль о всемирном тяготении навело Ньютона яблоко, упавшее к его ногам с дерева. Дерево это долго еще после смерти Ньютона показывали в его саду, пока оно не было повалено бурей. Однако этот рассказ совершенно легендарен. Когда Ньютона спрашивали, как сделал он свои открытия, он отвечал: «Я постоянно думал о них. Я беспрестанно размышляю о предмете моих исследований и терпеливо жду, когда слабый проблеск постепенно превратится в полный свет». Не случайное падение яблока, а изумительная настойчивость мысли приводят к открытиям. Справедливо сказано, что гениальность есть не что иное, как «терпение мысли».
Земля и Солнце (фотомонтаж с сохранением соотношения размеров)
Формула расчёты солнечной массы
