Звезда – космическое тело, излучающее свет за счет ядерных реакций, происходящих в ее недрах. Обычная (наиболее широко распространенного типа) звезда представляет собой водородно-гелиевый газовый шар, в каждой точке которого тяготение к центру уравновешивается силой давления газа. Температура их центральных областей колеблется в пределах 10−20 МК. Так как на поверхности звезд температура значительно ниже, чем в центре, энергия постоянно переносится изнутри наружу. Механизмом переноса может служить как лучеиспускание, так и конвекция (перемещение масс жидкости или газа вследствие разницы температур в отдельных местах среды и соответствующей разницы плотностей). Достигнув поверхности, внутренняя энергия звезды излучается в пространство [8].

В зависимости от характера реакций различают типы звезд: О – голубые, В – бело-голубые, А – белые, F – бело-желтые, G – желтые, K – желто-оранжевые, М – красные.

Солнце – обыкновенная звезда и по звездным масштабам имеет довольно скромные размеры. Астрономы относят его к разряду желтых карликов. Солнце – вращающийся шар чрезвычайно горячего газа, в основном водорода (3/4 всей массы) и гелия. Оно производит огромное количество энергии, сжигая каждую секунду примерно 4 млн т водорода.

Большинство современных астрономов считает, что в настоящее время в недрах Солнца при температуре ~14 МК водород «перегорает» в гелий за счет цикла ядерных реакций:

11H + 11H → D + β + γ;

D + 11H → 3He + γ;

23He → 4He + 21H.

В ходе протон-протонного цикла ядерных реакций четыре атома водорода превращаются в атом гелия. При этом на промежуточных этапах образуются ядра тяжелого водорода – дейтерия (D) и изотопа гелия (3Не), масса которого в 3 раза превышает массу атома водорода. При синтезе ядер гелия 4Не часть вещества, за счет так называемого эффекта упаковки, превращается в γ-излучение, обладающее огромной энергией, которое поглощается атомами вещества в недрах Солнца. При этом, как правило, поглощая квант с очень большой энергией, атом излучает два или несколько квантов с меньшей энергией. Дробление квантов может происходить неоднократно. В результате с поверхности Солнца испускаются преимущественно лучи со значительно меньшей энергией: ультрафиолетовые, видимые, инфракрасные [8].

В составе Солнца обнаружены те же химические элементы, что и в составе Земли. Однако водорода на Солнце несравнимо больше, а концентрации других элементов значительно меньше, чем на Земле. Водородные ядерные реакции – основной источник солнечной энергии. Ученые подсчитали, что за время своего существования (4−5 млрд лет) Солнце не израсходовало еще и половины запасов водородного ядерного топлива.

Ядерные реакции происходят в центре Солнца, в ядре, из которого выделяется энергия. Установлено, что радиус ядра составляет примерно 1/3 радиуса Солнца. Наибольшая часть солнечного вещества сосредоточена в ядре, которое сильно сжато давлением вышележащих слоев и примерно в 10 раз плотнее свинца (плотность свинца 11,34 г/см3). К ядру примыкает область лучистого переноса энергии, куда в результате поглощения квантов, их дробления и переизлучения энергия переносится наружу. Выше находится конвективная зона протяженностью 200 тыс. км, температура в ней значительно ниже. Последнее способствует тому, что здесь само вещество начинает принимать участие в переносе энергии. Из глубины поднимаются вверх отдельные потоки более горячих газов, передающих энергию внешним слоям, а более холодные опускаются. Самые внешние слои нашего светила – солнечная атмосфера. Она сильно разрежена и состоит из нескольких слоев: фотосферы (200–300 км), хромосферы (слой раскаленных газов толщиной 10–20 тыс. км с температурой до нескольких десятков тысяч К) и короны – наиболее разреженной оболочки с температурой более 1 МК.

По данным исследователей, в фотосфере много нейтральных атомов. В хромосфере из-за высокой температуры атомы водорода и гелия начинают переходить в ионизированное состояние. Это значит, что они теряют свои электроны и становятся электрически заряженными, а сами электроны начинают двигаться как свободные частицы. В короне, где температура несравненно больше, ионизация вещества настолько сильна, что все легкие химические элементы полностью лишаются электронов, а у тяжелых атомов их недостает более десятка. Таким образом, атмосфера Солнца, как и его ядро, состоит из плазмы. Почти всю энергию излучает фотосфера, имеющая температуру около 6000 К. Считается, что такая температура характерна для Солнца в целом [9].