Мир астрономии. Рассказы о Вселенной, звездах и галактиках - Мухин Лев Михайлович (читать полностью книгу без регистрации .TXT) 📗
Корона
О короне писать легко и приятно по той причине, что она устроена существенно проще хромосферы и фотосферы. Разумеется, это не означает, что мы знаем о ней больше, чем о нижних слоях. И все-таки ее жизнь не отягчена такими бурными событиями, как жизнь хромосферы и фотосферы, хотя, конечно, отголоски различных катаклизмов доходят и до короны.
Солнечную корону видел каждый, кому посчастливилось наблюдать полное солнечное затмение.
Корона особенно ярка вблизи Солнца, а длинные лучи простираются на большие расстояния. Форма короны заметно меняется в зависимости от уровня солнечной активности. В минимуме корона симметрична, а в максимуме над активными областями наблюдаются особенно интенсивные лучи.
Как мы уже говорили, характерной особенностью короны является ее чрезвычайно высокая (по сравнению с фотосферой) температура, превышающая миллионы градусов. Поскольку горячая корона представляет собой хорошо проводящую плазму, то отчетливо наблюдаемая в ней волокнистая структура как бы отслеживает «магнитные силовые линии и тем самым показывает» астрономам структуру магнитного поля Солнца. Кстати говоря, с высокой температурой короны связана одна поучительная история.
Уже давно в спектре короны наблюдались сильные эмиссионные линии, длины волн которых были точно известны более пятидесяти лет назад. Но в среде астрономов и спектроскопистов слишком сильно было предубеждение о невозможности высокой температуры короны. Поэтому перебиралось огромное количество «кандидатов» в качестве источников возбуждения этих линий, но все было тщетно.
Эти линии приписали неизвестному элементу «коронию». Затем линии «корония» открыли при исследовании спектров повторной новой Змееносца. Это случилось в 1933 году.
Заведомо было ясно, что уж во время вспышек новой температуры должны быть достаточно высоки. Но только шесть лет спустя удалось установить, что неизвестные линии в короне принадлежат не «коронию», а обычным земным элементам, в частности железу, но только атомы железа находятся в очень высокой степени ионизации: электронные оболочки атома просто «ободраны». Ну а поскольку такое возможно лишь при очень высоких температурах, стало ясно, что корона очень сильно нагрета. В состав короны входят полностью ионизированные водород и гелий, углерод, азот и кислород, ионизированные вплоть до электронов самой глубокой оболочки, и другие элементы с различной степенью ионизации.
На этом примере видно, как радикально изменялись представления о Солнце за очень короткий промежуток времени.
Не менее серьезные изменения произошли и в наших знаниях о межпланетной среде. Сегодня мы уже знаем, что это не пустота, земля буквально плавает в верхней части короны Солнца, и она обдувается потоком частиц — солнечным ветром.
Солнечная корона во время затмения.
Явление это, как нередко бывает в науке, предсказано было теоретически, «на кончике пера», в 1958 году, совсем недавно. Интересно, что толчком послужил анализ поведения комет.
Давно считалось, что солнечное излучение влияет на форму и давление вещества в хвостах комет, но только в начале 50-х годов нашего столетия было строго показано, что как ионизация, так и направленное наружу ускорение материала в хвостах комет намного больше, чем если бы это было вызвано одним световым давлением. Кроме того, хвосты комет явно реагировали на солнечную активность: ускорение движения вещества увеличивалось в годы повышенной солнечной активности.
Все встало на свои места, когда советская станция «Луна-2» обнаружила в межпланетном пространстве потоки плазмы, которые с довольно большими скоростями двигались от Солнца. Потоки эти состоят из протонов, электронов, более тяжелых ионов, и в зависимости от солнечной активности они имеют различную скорость от 200 до 1000 километров в секунду. Таким образом, оказалось, что из нашей звезды, из ее короны происходит непрерывное истечение вещества.
Связь солнечного ветра со структурой короны обнаружилась довольно быстро, и здесь ученым пришлось обратить особое внимание на обширные области в короне, практически не дающие рентгеновского излучения. Области эти получили название корональных дыр. Им присущи интересные особенности. Во-первых, плотность короны над дырами примерно в три раза ниже, чем для среднего спокойного Солнца. Во-вторых, температура короны над ними заметно ниже, она составляет «всего» миллион градусов, тогда как над спокойными нормальными областями приближается к двум миллионам градусов.
Солнечная корона в инфракрасном диапазоне.
Интересно, что в фотосфере и нижней хромосфере дыры проявляются мало, а чаще всего вообще не проявляются. Ни грануляция, ни супергрануляция, по всей видимости, никак с ними не связаны, приток механической энергии, проходящий через фотосферу вверх (акустические волны), вероятно, один и тот же внутри и вне дыр. Но тогда непонятно, на что же расходуется избыток энергии. Ведь температура и плотность в корональних дырах поменьше, чем в окружающих областях, а это означает меньшие потери на излучение (именно поэтому дыры и выглядят темными).
Вопрос этот не простой, и ответ на него был найден не сразу. Лишь данные, полученные в последнее время, самым решительным образом продемонстрировали тот факт, что таинственный избыток энергии идет на создание и ускорение солнечного ветра, который истекает главным образом из областей, где расположены корональные дыры.
Самые крупные дыры расположены у полюсов Солнца. Эти дыры живут особенно долго: космический корабль «Скайлэб» наблюдал полярную дыру в течение восьми месяцев. Размеры этих дыр позволяют предположить, что из полярных областей Солнца исходит солнечный ветер огромной силы. По сравнению с ним солнечный ветер, наблюдающийся в околоземном пространстве, показался бы совсем слабым.
Чтобы представить себе масштабы этого явления, заметим, что солнечный ветер уносит ежесекундно около миллиона тонн вещества! Солнечный ветер оказывает сильное воздействие на нашу планету, вызывая, например, полярные сияния. Давайте посмотрим немного подробнее, как взаимодействуют потоки солнечной плазмы с Землей, вернее, не с твердым телом планеты, а с самыми внешними ее оболочками.
Итак, в течение многих миллиардов лет потоки солнечной плазмы атакуют Землю. Первым защитным бастионом здесь является магнитное поле Земли. Именно оно не дает частицам солнечного ветра возможность напрямую бомбардировать Землю. Под воздействием потока плазмы геомагнитное поле «поджимается» ближе к дневной поверхности Земли, а солнечный ветер начинает обтекать магнитное препятствие, встретившееся на его пути. Причем, вполне естественно, напряженность геомагнитного поля при такой деформации возрастает.
Все эти события разыгрываются в некой довольно узкой зоне, расположенной от нас на расстоянии 10–12 земных радиусов. А во время сильных магнитных бурь граница магнитосферы сильно приближается к нам, и геомагнитное поле поджато до 4–6 земных радиусов.
Однако некоторые наиболее энергичные частицы могут прорываться через магнитосферные щели — участки, где поле очень слабое. Эти частицы ответственны за разрушение ионосферы Земли, и, следовательно, за все те нарушения радиосвязи, о которых мы говорили. Около магнитных полюсов силовые линии геомагнитного поля расположены ближе к поверхности Земли. Заряженные частицы солнечного ветра, двигаясь вдоль магнитных силовых линий, проникают в полярных районах более глубоко в атмосферу и, взаимодействуя там с атомами и молекулами, передают им часть своей энергии. В верхней атмосфере возбуждается таким путем свечение, и мы можем наблюдать одно из самых красивых явлений природы — полярные сияния.
