По современным представлениям, Солнце состоит из ряда концентрических сфер, или областей, каждая из которых обладает специфическими особенностями. Схематический разрез Солнца показывает его внешние особенности вместе с гипотетическим внутренним строением. Энергия, освобождаемая термоядерными реакциями в ядре Солнца, постепенно прокладывает путь к видимой поверхности светила. Она переносится посредством процессов, в ходе которых атомы поглощают, переизлучают и рассеивают излучение, т.е. лучевым способом. Пройдя около 80% пути от ядра к поверхности, газ становится неустойчивым, и дальше энергия переносится уже конвекцией к видимой поверхности Солнца и в его атмосферу.
Внутреннее строение Солнца слоистое, или оболочечное, оно состоит из ряда сфер, или областей. В центре находится ядро, затем область лучевого переноса энергии, далее конвективная зона и, наконец, атмосфера. К ней ряд исследователей относят три внешние области: фотосферу, хромосферу и корону. Правда, другие астрономы к солнечной атмосфере относят только хромосферу и корону. Остановимся кратко на особенностях названных сфер.
Ядро - центральная часть Солнца со сверхвысоким давлением и температурой, обеспечивающими течение ядерных реакций. Они выделяют огромное количество электромагнитной энергии в предельно коротких диапазонах волн.
Область лучистого переноса энергии - находится над ядром. Она образована практически неподвижным и невидимым сверхвысокотемпературным газом. Передача через нее энергии, генерируемой в ядре, к внешним сферам Солнца осуществляется лучевым способом, без перемещения газа. Этот процесс надо представлять себе примерно так. Из ядра в область лучевого переноса энергия поступает в предельно коротковолновых диапазонах - гамма излучения, а уходит в более длинноволновом рентгеновском, что связано с понижением температуры газа к периферической зоне.
Конвективная область - располагается над предыдущей. Она образована также невидимым раскаленным газом, находящимся в состоянии конвективного перемешивания. Перемешивание обусловлено положением области между двумя средами, резко различающимися по господствующим в них давлению и температуре. Перенос тепла из солнечных недр к поверхности происходит в результате локальных поднятий сильно нагретых масс воздуха, находящихся под высоким давлением, к периферии светила, где температура газа меньше и где начинается световой диапазон излучения Солнца. Толщина конвективной области оценивается приблизительно в 1/10 часть солнечного радиуса.
Фотосфера - это нижний из трех слоев атмосферы Солнца, расположенный непосредственно на плотной массе невидимого газа конвективной области. Фотосфера образована раскаленным ионизированным газом, температура которого у основания близка к 10000 К (т. е. абсолютная температура), а у верхней границы, расположенной примерно в 300 км выше, порядка 5000 К. Средняя температура фотосферы принимается в 5700 К. При такой температуре раскаленный газ излучает электромагнитную энергию преимущественно в оптическом диапазоне волн. Именно этот нижний слой атмосферы, видимый как желтовато-яркий диск, зрительно воспринимается нами как Солнце.
Через прозрачный воздух фотосферы в телескоп отчетливо просматривается ее основание - контакт с массой непрозрачного воздуха конвективной области. Поверхность раздела имеет зернистую структуру, называемую грануляцией . Зерна, или гранулы, имеют поперечники от 700 до 2000 км. Положение, конфигурация и размеры гранул меняются. Наблюдения показали, что каждая гранула в отдельности выражена лишь какое-то короткое время (около 5-10 мин.), а затем исчезает, заменяясь новой гранулой. На поверхности Солнца гранулы не остаются неподвижными, а совершают нерегулярные движения со скоростью примерно 2 км/сек. В совокупности светлые зерна (гранулы) занимают до 40% поверхности солнечного диска.
Процесс грануляции представляется как наличие в самом нижнем слое фотосферы непрозрачного газа конвективной области - сложной системы вертикальных круговоротов. Светлая ячея - это поступающая из глубины порция более разогретого газа по сравнению с уже охлажденной на поверхности, а потому и менее яркой, компенсационно погружающейся вниз. Яркость гранул на 10-20% больше окружающего фона указывает на различие их температур в 200-300° С.
Образно грануляцию на поверхности Солнца можно сравнить с кипением густой жидкости типа расплавленного гудрона, когда со светлыми восходящими струями появляются пузырьки воздуха, а более темные и плоские участки характеризуют погружающиеся порции жидкости.
Исследования механизма передачи энергии в газовом шаре Солнца от центральной области к поверхности и ее излучение в космическое пространство показали, что она переносится лучами. Даже в конвективной зоне, где передача энергии осуществляется движением газов, большая часть энергии переносится излучением.
Таким образом, поверхность Солнца, излучающая энергию в космическое пространство в световом диапазоне спектра электромагнитных волн, - это разреженный слой газов фотосферы и просматривающаяся сквозь нее гранулированная верхняя поверхность слоя непрозрачного газа конвективной области. В целом зернистая структура, или грануляция, признается свойственной фотосфере - нижнему слою солнечной атмосферы.
Хромосфера. При полном солнечном затмении у самого края затемненного диска Солнца видно розовое сияние - это хромосфера. Она не имеет резких границ, а представляет собой сочетание множества ярких выступов или языков пламени, находящихся в непрерывном движении. Хромосферу сравнивают иногда с горящей степью. Языки хромосферы называют спикулами. Они имеют в поперечнике от 200 до 2000 км (иногда до 10000) и достигают в высоту нескольких тысяч километров. Их надо представлять себе как вырывающиеся из Солнца потоки плазмы (раскаленного ионизированного газа).
Установлено, что переход от фотосферы к хромосфере сопровождается скачкообразным повышением температуры от 5700 К до 8000 - 10000 К. К верхней же границе хромосферы, находящейся приблизительно на высоте 14000 км от поверхности солнца, температура повышается до 15000 - 20000 К. Плотность вещества на таких высотах составляет всего 10-12 г/см3, т. е. в сотни и даже тысячи раз меньше, чем плотность нижних слоев хромосферы.
Солнечная корона - внешняя атмосфера Солнца. Некоторые астрономы называют ее атмосферой Солнца. Она образована наиболее разреженным ионизированным газом. Простирается примерно на расстояние 5 диаметров Солнца, имеет лучистое строение, слабо светится. Ее можно наблюдать только во время полного солнечного затмения . Яркость короны примерно такая же, как у Луны в полнолуние, что составляет лишь около 5/1000000 долей яркости Солнца. Корональные газы в высокой степени ионизированы, что определяет их температуру примерно в 1 млн. градусов. Внешние слои короны излучают в космическое пространство корональный газ - солнечный ветер. Это второй энергетический (после лучистого электромагнитного) поток Солнца, получаемый планетами. Скорость удаления коронального газа от Солнца возрастает от нескольких километров в секунду у короны до 450 км/сек на уровне орбиты Земли, что связано с уменьшением силы притяжения Солнца при увеличении расстояния. Постепенно разреживаясь по мере удаления от Солнца, корональный газ заполняет все межпланетное пространство. Он воздействует на тела Солнечной системы как непосредственно, так и через магнитное поле, которое несет с собой. Оно взаимодействует с магнитными полями планет. Именно корональный газ (солнечный ветер) является основной причиной полярных сияний на Земле и активности других процессов магнитосферы.

Солнце состоит главным образом из водорода и гелия. Глубоко под наружным сверкающим покровом светила царит температура, равная примерно 13 миллионам градусов. При таких условиях солнечное вещество не может быть похожим на обычный газ. Бешено мчащиеся и сталкивающиеся атомы вдребезги разбиваются. Получается плотное скопище осколков атомов-атомных ядер и электронов. Эту смесь физики называют плазмой.
В глубинах Солнца ядра атомов водорода - протоны - нередко налетают друг на друга. Порой они сталкиваются с сильного разгона. Но, несмотря на огромную температуру и, следовательно, высокие скорости теплового движения, лишь в редчайших случаях (раз в несколько миллиардов лет) столкнувшиеся протоны получают способность пробить броню взаимного электрического отталкивания.
Любопытно отметить, что такие события происходят не по законам обычной механики, которую вы изучаете в средней школе. Тесное сближение протонов оказывается возможным, вопреки традиционным представлениям "классической" физики. Здесь выходит на сцену квантовая механика - наука о движении и взаимодействии мельчайших материальных частиц. По законам квантовой механики, атомные ядра приобретают способность как бы "проскальзывать" через электрическую броню, преодолевать ее, даже не имея для этого достаточного, согласно представлениям классической физики, запаса энергии.
Представьте себе двух людей, которые, спеша друг к другу, перепрыгивают каждый через десятиэтажный дом, стоящий на пути. Нечто подобное происходит в микромире со сталкивающимися атомными ядрами (правда, в редчайших случаях). Это, пожалуй, один из самых удивительных парадоксов микромира. И именно благодаря ему, оказывается, светит Солнце! Вот как протекают реакции в недрах светила. В один прекрасный момент случайно, но с неизбежностью, присущей случаю, два протона сближаются друг с другом. В среднем раз в 14 миллиардов лет одни из протонов такой пары, не успев отскочить, преобразуется в нейтрон. Слившиеся нейтрон и протон образуют ядро тяжелого водорода - дейтон. При этом испускаются новые частицы - легкий положительно заряженный позитрон и почти неуловимое нейтрино. Стоит заметить, что существование нейтрино - удивительных частиц, не имеющих ни массы покоя, ни заряда и движущихся всегда со скоростью света,- вначале было предсказано физиками-теоретиками и только впоследствии доказано на опыте в результате сложных и тонких экспериментальных исследований. Любопытно и другое: неуловимые нейтрино уносят, оказывается, довольно значительную часть энергетического богатства Солнца. На их долю приходится около пяти процентов энергии солнечного излучения.
Итак, два протона в недрах Солнца сливаются воедино.
С каждой парой солнечных протонов подобное превращение совершается невообразимо редко. Но так как протонов в глубинах светила неисчислимые миллиарды, то "очередь" для все новых реакций наступает непрерывно, и поэтому ядерный синтез разворачивается в громадных объемах солнечной плазмы.
Образовавшиеся ядра тяжелого водорода недолго живут в недрах Солнца. Меньше чем через 6 сек. они присоединяют к себе еще по одному "вольному" протону и превращаются в ядра легкого гелия, а те, проплутав в глубинах Солнца в среднем миллион лет, встречаются друг с другом, чтобы слиться и образовать ядро обычного гелия. При этом отщепляются два протона, оказавшиеся "лишними".
Водород через три этапа попарных ядерных взаимодействий превращается в гелий. Из легких ядер возникают более тяжелые, из менее прочных - более прочные. Каждая из трех ступеней процесса сопровождается выделением солидной порции энергии, которая ускоряет частицы или испускается в виде гамма-лучей.
Описанная цепочка солнечных реакций синтеза носит название протонно-протонного цикла.
По мнению большинства ученых, именно этим способом наше светило вырабатывает подавляющую долю своего лучистого богатства. Вместе с тем в недрах Солнца идут и другие реакции - так называемого углеродного цикла.
Дело в том, что в составе солнечного вещества, видимо, присутствуют ничтожные примеси атомных ядер углерода с атомным весом 12. Они могут служить своего рода посредниками преобразования протонов в ядра гелия. Вот как разворачиваются события.
В среднем раз в 13 миллионов лет быстрый протон проникает в ядро углерода-12 и образует ядро азота-13, который приблизительно через 14 мин. претерпевает радиоактивный распад, излучая позитрон и нейтрино и превращаясь в ядро углерода-13. Примерно через 2,7 миллиона лет ядро углерода-13 захватывает второй протон, что приводит к возникновению устойчивого ядра азота-14. Это ядро в среднем раз в 32 миллиона лет способно захватить третий протон и преобразоваться в ядро кислорода-15, которое очень быстро (в среднем через 3 мин.) выбрасывает позитрон и нейтрино, чтобы превратиться в ядро азота-15. Наконец, 100 тысяч лет спустя ядро азота-15 захватывает четвертый протон, выбрасывает ядро гелия и превращается в ядро углерода-12, с которого и началась вся цепочка реакций.
Внимательно приглядевшись к этой последовательности реакций, вы убедитесь, что углеродные ядра в ней не расходуются. Зато в результате цикла 4 протона превращаются в ядро гелия. Другими словами, энергетический итог получается точно такой же, как и в протонно-протонном цикле. Итог этот колоссален. Синтез каждого грамма гелия сопровождается выделением 175 тысяч квт-ч энергии.
Поддерживая огромную температуру в недрах светила, энергия ядерного синтеза не дает затухнуть порождающему ее грандиозному солнечному пожару и мощными лучистыми потоками вырывается наружу.
Надо подчеркнуть, что слияние атомных ядер в недрах Солнца имеет некоторое сходство с обыкновенным горением. Мы поджигаем спичкой кучу хвороста, и она пылает, пока не истлеет последняя ветка. На Солнце же "топливо" ядерное. Оно поджигается высокой температурой солнечных глубин, затем цепочками попарных ядерных взаимодействий захватываются большие массы вещества, выделяющаяся огромная энергия поддерживает высокую температуру, и "пожар" длится, пока не исчерпается все "горючее".
Такие процессы в физике именуются цепными термоядерными реакциями синтеза. Первая часть слова - "термо" означает, что реакция возбуждается действием теплоты, высокой температуры.
Вы можете спросить, как первоначально возник солнечный термоядерный пожар. Ведь не мог водород "гореть" вечно. Некоторые ученые так отвечают на этот вопрос.
Когда-то в далеком прошлом существовало облако холодной разреженной межзвездной материи. Постепенно под действием силы тяготения оно сгущалось, уплотнялось. Сжатие влекло за собой повышение температуры (по тому же закону, по которому нагревается воздух, сдавленный поршнем велосипедного насоса). Наконец, температура достигла многих миллионов градусов. Вот тогда-то и начал разгораться цепной термоядерный процесс синтеза гелия.
Кстати сказать, термоядерного горючего - водорода - на Солнце колоссальные запасы. И хватит его на срок, который невозможно себе даже представить: примерно на сто миллиардов лет! Добавим еще, что цепные термоядерные реакции синтеза (причем не только гелия, но и других элементов) - не редкость во Вселенной. Именно они дают лучистую энергию звездам. Именно от них берет начало длинная вереница энергетических преобразований, вливающих свет, тепло и жизнь во все существующее в природе.