Из чего состоит солнечный свет?
Каждый день мы чувствуем на себе когда-то теплый и согревающий, когда-то бледный и, казалось бы, леденящий, а иногда яркий обжигающий солнечный свет. Он всегда ощущается по-разному, но какой эффект он оказывает на самом деле и что собой представляет? Солнечный свет это — это доносящиеся до Земли электромагнитные волны, исходящие от Солнца. Благодаря этому гигантскому резервуару энергии зародилась жизнь и продолжает свою активность и доселе. Эта энергия передается в нескольких формах, но до нас доходят лишь часть из этого, изрядно прореженная и ослабленная атмосферой Земли. Если не углубляться в физику, сам свет состоит из ультрафиолетовых коротких волн (280-400 нм), привычного для нас видимого света средних волн (400-700 нм) и из длинных, инфракрасных волн (700 нм – 1мм). Кардинальное и определяющее различие между ними состоит в их способности проникать сквозь ткани и материалы, а также влиять на них. Ультрафиолетовый свет (UV) — самый опасный вид солнечного излучения для человека. Он не может проникать так глубоко, как другие составляющие света, но может наносить сильный ущерб поверхностным слоям кожи человека. Это проявляется как в солнечных ожогах, ускорении старения кожи, и аллергических реакциях, так и в более серьезных проявлениях как, например, рак кожи и меланома. И это ещё с учетом того, что значительная часть ультрафиолета отсеивается атмосферой. Такой ущерб ультрафиолетовый свет наносит путем увеличения числа свободных радикалов (атомов или молекул с несколькими неспаренными электронами) в клетках кожи, которые повреждают ДНК или нарушают метаболические реакции. Чтобы противодействовать этому, на данный момент разработано немало солнцезащитных гелей и мазей, которые хорошо справляются с ультрафиолетом, но, и это стоит подчеркнуть, практически никак не мешают воздействию на кожу и тело других спектров света. Эту задачу, однако, выполняет другое средство защиты от этого агрессора — поддержание диеты с достаточным количеством антиоксидантов, которые будут противодействовать генерированию свободных радикалов. В небольших количествах же UV приносит больше пользы, чем вреда, так как способствует естественному производству витамина D в организме. Второй кусок волнового спектра — видимый свет. Он нам очень хорошо знаком, потому что именно из этого белого пучка и рождается известное нам освещение во всем многообразии его палитры и оттенков. Примитивные формы цветов, а конкретнее — фиолетовый (400 нм), синий (425 нм), голубой (470 нм), зеленый (550 нм), жёлтый (600 нм), оранжевый (630 нм) и красный (665 нм), вместе и выглядят как белый свет, являются его составным частями, находящимися в разных частях волнового спектра, а при определенных условиях, как вы уже догадались, могут материализовываться в виде радуги. Сочетание этих базовых цветов в совокупности с параллельным изменением других параметров, таких как интенсивность света и её распределение по спектру белого, а также светлость цвета, отражающие качества материала, фоновые цвета и т.д. образуют эту безумную, визуально насыщенную картину нашего мира. Интересно, что именно видимым спектром, в основном, питаются растения, и поэтому они эволюционно к нему больше всего приспособлены. Тем не менее, нельзя сказать, что видимый свет только полезен, он может воздействовать на объекты примерно также, как и другие два компонента солнечного излучения, только в более умеренной форме. Исключением может быть его влияние на зрение человека, так как глаза человека особо к нему чувствительны, и потому высокоинтенсивный, мигающий или резкий видимый свет гораздо чаще других вариантов на практике приводит к повреждению зрительного аппарата человека. И последний тип света — инфракрасный (IR). Из всех перечисленных он может проникать глубже всего в тело человека, достигая костей и других глубинных тканей, и влияя даже на внутренние процессы в организме. Однако, в отличии от ультрафиолетового света, инфракрасный свет не вызывает такого сильного выделения свободных радикалов и не наносит большой урон человеку. В каком-то смысле, если видимый спектр — это лицо солнечного света, то инфракрасный— его тело, потому что последний отвечает за нагревание, позволяет человеку к нему «прикоснуться». Это происходит из-за того, что длинные волны могут легче сочетаться в колебаниях с молекулами веществ и в разы эффективнее передавать энергию. Забавно, что эта теплота, передаваемая Солнцем, имеет свойство не только расслаблять и доставлять удовольствие, но и приводит к ускорению заживления ран, а также к улучшению циркуляции крови. И все же как бы не вел себя в тех или иных условиях солнечный свет, в итоге у него гораздо больше позитивных сторон. Он позволяет нам видеть и чувствовать красоту и эффективно выполнять наши задачи, и даже улучшает на наше психологическое самочувствие, настроение и иммунитет. Без него немыслима наша жизнь, это закреплено в самих человеческих генах. И даже самые прогрессивные фантасты и футуристы в своем творчестве не могут представить, каким бы было и как бы себя вело человечество, будучи незрячим и безразличным к свету.
Ученые разгадали загадку поведения солнечного ядра
Сегодня расстояния для науки не преграда. Хотя Солнце удалено от нас почти на 150 миллионов километров, астрономы не только знают очень многое о поверхности звезды, но и сумели заглянуть в ее внутренности. Разобрались с ее строением, выявили границы ядра, его температуру и размеры, а также параметры окружающих ядро различных зон — хромосферы, фотосферы и т.д.
Но одна загадка оставалась неразгаданной, над ней ученые бьются уже 40 лет. Речь идет о поведении солнечного ядра. Ученые хотели понять, как оно вращается, с какой угловой скоростью? Так же, как вещество на поверхности, а может, быстрее или медленней? Это важно знать, чтобы разобраться в сути многих происходящих на светиле процессов и прогнозировать его поведение.
Почему столько лет никак не удавалось найти решение этой задачи? Дело в том, что в лоб ее не возьмешь, для этого надо каким-то образом проникнуть внутрь Солнца на глубину почти 500 тысяч километров. Нужно искать какие-то косвенные «улики». Чтобы их обнаружить, международная группа ученых проанализировала данные, полученные за 16 лет работы космического аппарата SOHO, созданного НАСА и Европейским космическим агентством (ЕКА).
— По мнению авторов этого проекта, ключом к разгадке должны были стать особые гравитационные волны. Их не надо путать с обычной гравитацией, — сказал корреспонденту «РГ» кандидат физико-математических наук Антон Рева из Физического института РАН. — Дело в том, что на Солнце есть два типа волн. Одни — звуковые. Они возникают, когда вещество звезды сжимается и разжимается, порождая звуковые волны. Их легко наблюдать с помощью различных приборов, период колебаний — 3-5 минут. Эти волны давно изучают, что позволило ученым многое понять о процессах на Солнце.
Однако на этом дело застопорилось. Звуковые волны «гуляют» вблизи поверхности, практически не проникая глубже, а тем более к ядру, до которого сотни тысяч километров. Как же до него добраться? Ряд данных, полученных аппаратом SOHO, давали наводку, что помимо звуковых волн на Солнце могут быть некие гравитационные волны, причем очень низкой частоты. Они должны приходить с больших глубин, в том числе и от ядра. Ведь там вещество тоже «живет», а значит, подает какие-то сигналы. Но их намного сложней «услышать», так как, поднимаясь, они постепенно затухают.
Еще одна трудность для их фиксации — большой период колебаний, который составляет десятки часов. И наконец, самое сложное: по версии ученых, эти и так слабые гравитационные волны если и доходят до поверхности, то на фоне сильных звуковых волн. Надо исхитриться и как-то выделить полезный, но «хилый» сигнал ядра от мощного вредного шума.
— Ученые сумели решить эту сложнейшую задачу, — говорит Антон Рева. — Говоря образно, им удалось на картине звуковых волн отыскать следы гравитационных. А уже по ним рассчитать скорость вращения солнечного ядра.
Оказалось, что оно совершает один оборот вокруг своей оси за неделю, что почти в четыре раза быстрей, чем оборачивается поверхность Солнца и другие его слои. По мнению научного сотрудника НАСА Бернхарда Флека, это одно из самых удивительных открытий, совершенных аппаратом SOHO за все время его работы.
Почему скорости на глубине и на поверхности так сильно различаются? Пока у науки нет четкого ответа, но есть версии. Возможно, что скорость вращения ядра сохранилась такой же, какой была во время формирования звезды около 4,6 миллиардов лет назад. А во времена ранней молодости Солнца каким-то образом радиация и солнечный ветер, создаваемые светилом, стали замедлять вращение внешних слоев звезды. Так ли это? Еще предстоит найти ответы. По мнению авторов исследования, это открытие может стать началом новой гелиофизики.
Ультрафиолетовое излучение
Каждый из нас подвергается воздействию солнечного ультрафиолетового (УФ) излучения, и все возрастающее число людей испытывает воздействие искусственных источников УФ-излучения – в промышленности, торговле и на отдыхе. Излучение солнца включает видимый свет, тепловую энергию и УФ-излучение.
Спектр УФ-излучения охватывает волны длиной от 100 до 400 нм. При этом различают три участка спектра:
- УФ-А (315-400 нм)
- УФ-B (280-315 нм)
- УФ-C (100-280 нм).
Когда солнечный свет проходит сквозь атмосферу, все УФ-С лучи и примерно 90% УФ-В лучей поглощаются озоном, парами воды, кислородом и углекислым газом. На УФ-А лучи атмосфера влияет в меньшей степени. Поэтому УФ-излучение, достигающее поверхности Земли, в основном состоит из УФ-А лучей и незначительного количества УФ-В лучей.
Истощение озонового слоя, вероятно, еще более усугубит отрицательные эффекты для здоровья от воздействия УФ-излучения, поскольку стратосферный озон особенно эффективно поглощает УФ-лучи. По мере того, как озоновый слой истончается, атмосферный защитный фильтр становится все слабее и слабее. В результате, люди и окружающая среда оказываются под воздействием более высоких уровней УФ-излучения, особенно УФ-В излучения, а ведь именно УФ-В лучи оказывают наиболее сильное неблагоприятное воздействие на здоровье людей, животных, морские организмы и жизнь растений.
Согласно прогнозам, составленным с использованием компьютерных моделей, 10%-е снижение концентрации стратосферного озона может стать причиной ежегодного увеличения заболеваемости меланомой (на 4 500 случаев), другими разновидностями рака кожи (на 300 000 случаев), а также дополнительно вызывать 1,6-1,75 миллионов случаев заболевания катарактой во всем мире.
- Высота солнца над горизонтом: чем выше солнце, тем выше уровень УФ-излучения. Таким образом, УФ-излучение различается как в течение дня, так и в течение года, а максимальные уровни будут отмечаться тогда, когда солнце находится в зените, т.е. примерно в полдень (астрономический полдень) в течение летних месяцев.
- Географическая широта: чем ближе к экватору, тем выше уровни УФ-излучения.
- Состояние облачного покрова: уровни УФ-излучения наиболее высоки при безоблачном небе. Но и при наличии облаков уровни УФ-излучения могут быть высокими из-за рассеивания УФ-лучей молекулами воды и мельчайшими частицами в атмосфере.
- Высота над уровнем моря: на значительной высоте атмосфера более разреженная и она легче пропускает УФ-лучи. С увеличением высоты над уровнем моря на каждую тысячу метров уровни УФ-излучения возрастают на 10-12%.
- Концентрация атмосферного озона над земной поверхностью: озон поглощает часть УФ-лучей, которые, в противном случае, достигали бы поверхности Земли. Уровни концентрации озона различаются в течение года и даже одного дня.
- Степень отражения УФ-лучей от поверхности: УФ-лучи отражаются и рассеиваются в различной степени в зависимости от поверхности. Например, снежный покров может отражать до 80% УФ-лучей, сухой пляж – около 15%, а морская пена – примерно 25%.
Внутренние гравитационные волны рассказали о скорости вращения ядра Солнца
Международная группа астрофизиков впервые достоверно зарегистрировала низкочастотные внутренние гидродинамические гравитационные волны, распространяющиеся внутри Солнца, которые искали более 40 лет. Это позволило определить скорость вращения ядра, которая оказалась в 4 раза больше скорости вращения внешних слоев светила. Научная статья опубликована в журнале Astronomy & Astrophysics, кратко о ней рассказывается в пресс-релизе на сайте Европейского Космического Агенства.
Изучением распространения сейсмических волн внутри Солнца занимается наука гелиосейсмология, которая позволяет узнать больше о внутреннем строении звезды. Можно выделить два основных типа волн — высокочастотные акустические (р-моды), возникающие из-за колебаний давления внутри Солнца и способные проходить сквозь все его слои, и низкочастотные внутренние гравитационные волны, представляющие колебания, возникающие из-за всплывания более легких и погружения более тяжелых элементов газа и распространяющиеся в глубоких внутренних слоях (g-моды), и поверхностно-гравитационные волны, распространяющиеся вдоль поверхностных слоев звезды (аналог волн Стокса на Земле), называемые f-модами. В отличие от Земли, где сейсмические колебания возникают из-за различных единичных событий в конкретный момент времени, на Солнце колебания возникают постоянно из-за конвективных процессов внутри него.
Изучение g-волн важно для правильного построения моделей, описывающих ядро звезды и его окружение, но, в отличие от других типов волн, g-волны долгое время были неуловимы, так как не доходят до поверхностных слоев Солнца. Однако ученым удалось зарегистрировать «отпечатки» g-волн на р-волнах представляющие собой коллективные частотные модуляции. Если проанализировать время, за которое р-волны распространяются вглубь Солнца и возвращаются обратно, то можно заметить небольшие изменения, вызванные влиянием g-волн. В ходе работы исследователи использовали данные, полученным инструментом GOLF (Global Oscillations at Low Frequencies), установленном на зонде SOHO, накопленные за 16,5 лет наблюдений, что позволило выявить g-волны с периодами колебаний от 0,4 до 2 дней. Расчеты, проведенные на основе полученных данных, дают значение периода вращения ядра Солнца равным одной неделе. Это почти в четыре раза быстрее скорости вращения внешних и промежуточных слоев звезды, периоды которых колеблются от 25 дней на экваторе до 35 дней в полярных областях Солнца, что является весьма необычным результатом и не вписывается в существующие модели.
Ученые отмечают, что несмотря на радость от однозначного успеха при детектировании внутренних гравитационных волн Солнца, вопросов стало больше, чем ответов. Теперь исследователи хотят выяснить, могут ли периоды g-волн говорить о химическом составе ядра, какое влияние они могут оказывать на термоядерные процессы в ядре и какую роль играют в эволюции звезды.
Ранее мы рассказывали о том, как астрономы уличили Солнце в похищении карликовой планеты у другой звезды и «заставили» его сделать «бочку», а также о том, как наше светило опоздало на «бум» рождения звезд и чуть не развязало военный конфликт.