СNO-цикл Солнце
Основной источник энергии – протон-протонный цикл. Это очень медленная реакция (характерное время протекания – 7,9∙109 лет), так как она обусловлена слабым взаимодействием. Суть реакции состоит в том, что из четырех протонов получается ядро гелия. Наиболее распространенными элементами тяжелее водорода и гелия, в порядке убывания содержания, являются кислород, углерод, неон, азот, железо, магний, кремний, сера, аргон, алюминий, никель, натрий и кальций. На 1 млн атомов водорода приходится 98 000 атомов гелия, 851 атом кислорода, 398 атомов углерода, 123 атома неона, 100 атомов азота, 47 атомов железа, 38 атомов магния, 35 атомов кремния, 16 атомов серы, 4 атома аргона, 3 атома алюминия, по 2 атома никеля, натрия и кальция, а также малое количество прочих элементов. Атмосфера. Температура в фотосфере Солнца равна почти 5505 тысячи градусов Цельсия. Здесь солнечная радиация становится видимым светом. Солнечные пятна на фотосфере холоднее и темнее, чем в окружающей области. В центре больших солнечных пятен температура может опускаться до нескольких тысяч градусов Цельсия. Хромосфера, следующий слой солнечной атмосферы, немного холоднее — 4320 градусов. Разница температур поверхности Солнца и ядра Земли указывает на то, что в области ядра Земли происходит ядерная реакция, в результате которой образуется гелий и возникает волна энергии. Под воздействием волн энергии происходит структурно-вещественное преобразование системы Земли.
Согласно Национальной солнечной обсерватории, хромосфера буквально означает «цветная сфера». Видимый свет от хромосферы обычно слишком слаб, чтобы быть видным на фоне более яркой фотосферы, но во время полных солнечных затмений, когда луна покрывает фотосферу, хромосфера видна как красный ободок вокруг Солнца. Температура значительно повышается в короне, которая также может быть видна во время затмения, когда плазма притекает наверх. Корона может быть удивительно горячей по сравнению с телом солнца. Температура здесь варьируется от 1 млн градусов до 10 млн градусов Цельсия. Когда корона остывает, теряя тепло и радиацию, вещество выдувается в виде солнечного ветра, который иногда пересекается с Землей.
При помощи спектрального анализа исследователи выяснили, каких веществ точно нет на поверхности этой звезды. Например, хлора, ртути и бора. Однако ученые предполагают, что эти вещества, помимо основных химических элементов, входящих в состав Солнца, могут находиться в его ядре. Практически на 42% наша звезда состоит из водорода. Примерно 23% приходится на все металлы, которые есть в составе Солнца. Как и большинство параметров других небесных тел, характеристики нашей звезды рассчитываются лишь теоретически при помощи вычислительной техники. В качестве исходных данных служат такие показатели, как радиус звезды, масса и ее температура. В настоящее время ученые определили, что химический состав Солнца представлен 69 элементами. Большую роль в этих исследованиях играет спектральный анализ. Например, благодаря ему был установлен состав атмосферы нашей звезды. Также была обнаружена интересная закономерность: набор химических элементов в составе Солнца удивительно похож на состав каменных метеоритов. Этот факт – важное свидетельство в пользу того, что эти небесные тела имеют общее происхождение» (википедия). .
Впервые зафиксированы нейтрино вторичного термоядерного цикла Солнца. Ученые из международной коллаборации Borexino объявили о первом наблюдении нейтрино из реакций углеродно-азотного цикла в Солнце. Это экспериментально подтверждает теоретические представления о вторичном цикле термоядерного синтеза в массивных звездах. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature. Звезды питаются энергией термоядерных реакций превращения водорода в гелий, происходящих в их недрах. Такой синтез возможен двумя путями: в протон-протонной (pp) цепи, включающей только изотопы водорода и гелия, и в ходе вторичного цикла, который еще называют углеродно-азотным, или CNO-циклом по символам углерода, азота и кислорода — элементов, выступающих катализаторами реакций. Ядерные реакции как первичного, так и вторичного цикла сопровождается испусканием характерных нейтрино. Протон-протонные цепи производят около 99 процентов энергии Солнца и сходных с ним по размерам звезд, поэтому ранее ученым удавалось наблюдать только нейтрино из рр-цикла. Но считается, что у тяжелых звезд, с массой в полтора раза и более массивнее Солнца, преобладает углеродно-азотный цикл, и важно было экспериментально доказать его существование. Из-за чрезвычайно малой вероятности взаимодействия с обычным веществом нейтрино легко проходят сквозь толщу Солнца, сохраняя информацию о ядерных процессах в глубинах звезды и условиях их протекания. Зафиксировать среди солнечных нейтрино те, которые относятся к вторичному циклу было очень сложной задачей, так как их сигнал не намного превышал фоновый. Но ученым коллаборации Borexino это удалось. "До недавнего времени оставался открытым вопрос, удастся ли зарегистрировать нейтрино из CNO-цикла. Регистрацию CNO-нейтрино, помимо малости самого потока, осложняет присутствие спектральной компоненты природного фона, неотличимой от их спектра", — приводятся в пресс-релизе Оъединенного института ядерных исследований в Дубне слова одного из участников эксперимента, старшего научного сотрудника Лаборатории ядерных проблем им. В.П. Джелепова ОИЯИ Олега Смирнова. Свойство беспрепятственно проникать сквозь вещество позволяет нейтрино сохранять информацию о внутренних процессах в Солнце, но это же свойство делает их неуловимыми для обычных детекторов частиц. Поэтому для регистрации нейтрино используют специальные детекторы очень большой массы с тщательным контролем всех процессов, которые могут отражать взаимодействия нейтрино с электронами. В тех редких случаях, когда нейтрино взаимодействует с электроном, он передает ему часть своей энергии. Этот процесс напоминает упругое столкновение бильярдных шаров. Электрон, получив некоторую начальную скорость, постепенно теряет ее в ходе взаимодействия с молекулами среды. Часть энергии при этом излучается в виде фотонов. Таким образом, взаимодействие нейтрино с электроном приводит к вспышке света, и несколько тысяч фотонов разлетаются от точки взаимодействия во все стороны. Эти фотоны регистрируют тысячи детекторов света, а специальные приборы — фотоэлектронные умножители — позволяют оценить энергию, переданную электрону, а также определить точку, где произошло взаимодействие. В сверхчувствительном детекторе Borexino, расположенном в самой большой подземной лаборатории в мире в Гран-Сассо в Центральной Италии, в качестве активной среды для регистрации нейтрино используется около 100 тонн жидкого сцинтиллятора. "Несмотря на огромное количество солнечных нейтрино, проходящих через детектор (более секстиллиона за день) только полсотни нейтрино оставляют заметный "след" в детекторе за это же время. Ученые, работающие над анализом данных, смогли выделить сигнал, который можно объяснить только присутствием нейтрино из CNO-цикла. Таким образом доказано протекание ядерных реакций CNO-цикла в Солнце.
Полный поток нейтрино из CNO-цикла составляет около одного процента от полного потока солнечных нейтрино", — поясняет Олег Смирнов. Открытие имеет первостепенное значение для астрофизики, так как в звездах более массивных, чем Солнце, энергия выделяется в основном за счет углеродно-азотного цикла. Его механизм теперь экспериментально подтвержден.
Ядро Солнца — гигантский термоядерный реактор. В процессе ядерных трансформаций при температуре около 15 миллионов градусов протоны сливаются друг с другом и образуют гелий. Гелий нарабатывается в двух многостадийных процессах: в протон-протонной (pp) цепочке и в углеродно-азотном (CNO) цикле. Часть ядерных реакций сопровождается испусканием нейтрино. Из-за чрезвычайно малой вероятности взаимодействия с обычным веществом нейтрино легко проходят сквозь толщу Солнца, сохраняя информацию как о ядерных процессах в глубинах Солнца, так и об условиях их протекания. Хотя поток солнечных нейтрино огромен и исчисляется миллиардами частиц на квадратный сантиметр в секунду, регистрация неуловимых нейтрино представляет собой чрезвычайно сложную экспериментальную задачу». Доказательство прохождения реакций углеродно-азотного цикла в Солнце является важным научным достижением, шагом на пути к разрешению загадки его химического состава. Поскольку поток нейтрино, генерируемый в CNO-цикл, напрямую связан с концентрацией элементов C, N и O, участвующих в реакциях, то измерение потоков этих нейтрино напрямую связано с химическим составом Солнца.
