Мир астрономии. Рассказы о Вселенной, звездах и галактиках - Мухин Лев Михайлович (читать полностью книгу без регистрации .TXT) 📗
Схема строения Солнца.
Удивительно, что дифференциальное вращение поверхностных слоев Солнца в течение нескольких лет перед маундеровским минимумом было в три раза больше обычного. Вдобавок этот период времени (минимум) совпал с так называемым «малым ледниковым периодом» — чрезвычайно холодной погодой в северном полушарии. Внутренняя связь всех этих явлений не представляется очевидной, но ясно лишь одно — сюрпризы и загадки астрофизики находятся не только в глубинах Вселенной, но и прямо перед нашими глазами.
Явления, связанные с пятнами на Солнце, не ограничиваются одной лишь фотосферой. Так, например, «плюмажи» интенсивного излучения, имеющие форму замкнутых петель, уходят в корону. Но о короне позже. А сейчас мы поговорим о следующем за фотосферой слое Солнца хромосфере.
Хромосфера
Больше всего солнечная активность проявляется в хромосфере — сфере цвета, имеющей красноватый оттенок, хорошо видный в момент, непосредственно предшествующий полному покрытию Солнца Луной. Именно в хромосфере разыгрываются наиболее впечатляющие и поражающие взор человека процессы. И хотя, следуя традиции изложения, следовало бы сначала поговорить о структуре хромосферы, давайте все-таки посмотрим на самое интересное явление на Солнце — протуберанцы. Они могут принимать разнообразнейшие формы, а поведение их нередко совершенно непредсказуемо, словно поведение капризной женщины.
Протуберанцы во многом напоминают порождения Океана в романе С. Лема «Солярис». Есть спокойные, долгоживущие протуберанцы, плавающие над Солнцем, словно облака. Эти облака имеют форму занавесок, частоколов, воронок, спокойных волокон. Такие протуберанцы способны существовать месяцами. Правда, они могут изменять свою форму после вспышек на Солнце.
Солнечные протуберанцы.
Короткоживущие протуберанцы связаны с вспышками на Солнце и с пятнами. Такие протуберанцы представляют собой веерообразные выбросы, где вещество движется со скоростью до двух тысяч километров в секунду. Нередко после вспышек и выбросов возникают протуберанцы, имеющие вид красивых, сложных дуг, замкнутых петель, дождя, а протуберанцы, примыкающие к солнечным пятнам, похожи на волокна. Структура волокон изменчива, но сами протуберанцы живут довольно долго, в течение нескольких дней. Очень часто вещество вытекает из протуберанца и по изящной дуге втекает в солнечное пятно.
Ясно, что протуберанцы, как одно из проявлений активности Солнца, тесно связаны с магнитными полями. Их плотность существенно выше плотности окружающего вещества, и поэтому они в принципе не должны были бы существовать столь длительное время.
Пусть в хромосфере образовалась магнитная структура типа «примятой арки». Такие вещи могут появляться в активных областях на границе раздела полярности поля. Суть процесса в том, что на краях «арки» газ нагревается сильнее, чем в центре. Уменьшение нагрева на вершине приводит к тому, что газ охлаждается, сваливается в яму магнитного поля и там уплотняется. Это и есть зародыш протуберанца. Он непрерывно растет по мере добавления к нему все новых и новых порций газа, а магнитные линии прогибаются под его тяжестью, но тем не менее не дают ему возможности упасть обратно в хромосферу.
Солнечные протуберанцы. Структура типа «примятой арки» в хромосфере.
Такой механизм может за один день обеспечить появление над хромосферой довольно солидного протуберанца. Но не только структура поля типа «примятой арки» может обеспечить устойчивость протуберанца. К примеру, горизонтальные участки магнитного поля удерживают протуберанцы типа спокойных волокон.
Мы видим, что практически все проявления солнечной активности, будь то пятна, протуберанцы или вспышки, так или иначе связаны с магнитными полями на Солнце.
Феерическое зрелище протуберанцев не может оставить равнодушным того, кто хоть раз наблюдал это. Но наиболее мощным и сложным проявлением солнечной активности являются вспышки. Они характеризуются удивительным многообразием физических процессов. Здесь мы можем видеть и ядерные реакции и накопление огромного количества энергии с чрезвычайно быстрым последующим ее выделением. Достаточно сказать, что энергия вспышек в некоторых случаях эквивалентна взрыву сотен миллионов водородных бомб! Но давайте сейчас все-таки посмотрим, что представляет собой сама хромосфера — арена, на которой разыгрываются эти бурные события.
Хромосфера — область между фотосферой и короной. Но сразу же следует сказать, что выражена она несколько нечетко. Эта нечеткость проявляется особенно наглядно в верхней хромосфере, которая довольно плавно, без видимых границ переходит в солнечную корону.
Если задать неспециалисту «провокационный» вопрос, чья температура выше — фотосферы или хромосферы, наверное, ответ будет однозначен: фотосферы. Но этот ответ, хотя и построен на правильных общих предположениях, неверен. Оказывается, что над поверхностью фотосферы до высоты сто километров температура возрастает до 20 тысяч K, то есть на 1 K на каждые 5 метров! И чем выше, тем больше становится температура, на высоте 5 тысяч километров она достигает уже миллиона градусов. Однако эти высоты связаны с короной, и мы сейчас спустимся чуть пониже.
Естественно, возникает вопрос об источнике нагрева хромосферы и короны. Ведь действительно кажется по меньшей мере странным, что с удалением от центра Солнца, где расположены основные источники энергии, температура его внешних слоев начинает увеличиваться. Но против наблюдательных данных, как говорится, не пойдешь, и факт повышения температуры нужно было объяснять.
Объяснение оказалось далеко не тривиальным. В хромосферу и корону накачивают энергию, необходимую для нагрева… акустические волны. Именно голос Солнца, о котором уже говорилось выше, и греет верхние слои Солнца. Не правда ли, несколько неожиданный вывод? Но это именно так. А кроме того, корона возвращает часть полученной ею энергии обратно в хромосферу, так что источники ее нагрева сегодня известны.
Одно из самых интересных и красивых явлений в хромосфере — спикулы. Они наблюдались еще патером Секки, который сравнивал их с горящей прерией. На самом деле спикулы — это струи вещества, поднимающиеся вверх со скоростями 20–30 километров в секунду до высот более 6 тысяч километров. Другими словами, спикулы уходят в область солнечной короны.
Наблюдаемый лес спикул — постоянная особенность хромосферы. Отдельные спикулы геометрически тонки — толщина многих из них меньше 500 километров. Конечно, понятие «тонкий» совершенно различно для Солнца и Земли. Мы говорим о тонких спикулах в атмосфере Солнца, но представьте себе столб раскаленной плазмы с диаметром основания, равным расстоянию от Москвы до Ленинграда, а высотой с половину радиуса земного шара.
Некоторые ученые считают, что в каждый момент времени на Солнце имеется около полумиллиона спикул. Отдельные скопления спикул были названы «дикобразами».
Спикулы генетически связаны с более глубокими, чем фотосферные гранулы, элементами конвекции. Это так называемая супергрануляция, размеры элементов которой достигают 3 тысяч километров. Это явление было открыто сравнительно недавно.
Элементы супергрануляции живут уже не несколько минут, а сутки. Элементы супергрануляции, вернее — связанные с ними магнитные поля, воздействуют на хромосферу, инициируя в ней такие сложные структуры, как, в частности, спикулы. Система спикул, в свою очередь, образует в хромосфере более крупномасштабную структуру, называемую хромосферной сеткой.
Поразительные явления, возникающие в хромосфере, еще таят в себе немало загадок. Но, пожалуй, самым масштабным и самым сложным из всех процессов на Солнце являются все-таки солнечные вспышки, разговор о которых мы уже начинали.
