Помоги проекту - поделись книгой:
В газах энергия передается иначе. От включенной отопительной батареи тепло быстро распространяется по всей комнате. Получается так за счет перемешивания воздуха, при конвекции. Нагретый батареей воздух теряет прежний удельный вес и потому уходит вверх, уступая место более тяжелому холодному слою воздуха. Нагревшись, он также уходит вверх, и в конце концов, непрерывно перемешиваясь, воздух становится равномерно нагретым.
Теперь представьте себе жарко натопленную печь.
Чтобы подбросить новую порцию дров, вы открываете дверцу печки, и на вас сразу, как говорят, «пахнуло жаром».
Конвекция тут ни при чем — так быстро воздух не перемешивается. Нет тут и непосредственного соприкосновения твердых тел, а значит, и теплопроводности. Действует иная причина—лучеиспускание. Раскаленные дрова послали лучи света, и их энергия растормошила молекулы вашего лица — вот почему и «пахнуло жаром».
Земля получает от Солнца энергию лишь этим, третьим, способом. Оно и понятно — нас отделяет от Солнца почти пустое межпланетное пространство, в котором теплопроводность и конвекция невозможны.
А вот на Солнце, в его не слишком глубоких слоях, непрерывно происходит конвекция, перемешивание солнечного вещества. Горячие струи солнечного газа поднимаются вверх, и верхушки их мы называем гранулами. Рядом же охладившиеся газы опускаются вниз — это темные промежутки между гранулами. В целом все это сильно напоминает кипение жидкости в кастрюле — ведь там тоже совершается непрерывное перемешивание, то есть конвекция.
Конвективный слой на Солнце примерно в тысячу раз толще фотосферы. Он начинается с глубины около 100 тысяч километров, и за счет этого слоя совершается переход от сверхгорячих солнечных недр к его сравнительно умеренно нагретой поверхности.
На краях солнечного диска почти всегда видны светлые, неправильной формы пятнышки. Они напоминают яркие облачка, в которых различимы прожилки, яркие точки и какие-то узелки. Их называют факелами, и они равномерно усеивают фотосферу, хотя хорошо различимы лишь у краев Солнца. В отличие от гранул, факелы относительно устойчивы. Иногда, почти не меняясь, они существуют недели и даже месяцы.
Факелы расположены несколько выше общего уровня фотосферы и горячее ее на 200–300°. Они образуются в тех местах фотосферы, где возникают слабые магнитные поля.
Солнечные газы ионизированы, иначе говоря, они обладают определенным электрическим зарядом. На такие газы магнитное поле действует как некая регулирующая сила. Она упорядочивает конвекцию, а это позволяет горячим газам подняться на большую высоту и перенести больший запас энергии. Так объясняется повышенная яркость факелов и их приподнятость над фотосферой.
Самая замечательная деталь фотосферы — солнечные пятна, кажущиеся с расстояния 150 миллионов километров очень маленькими. Солнечные пятна на самом деле колоссальны. В среднем рядовое солнечное пятно имеет в поперечнике 10–15 тысяч километров, что сравнимо с поперечником Земли. Однако нередко появляются гиганты, достигающие в диаметре 200 тысяч и более километров.
Пятно обычно возникает там, где до этого наблюдались факелы. Вначале солнечное пятно — это крошечная пора, маленькая черненькая точка, лишь чуть большая, чем темные промежутки между гранулами. Примерно через день пора увеличивается и превращается в резко очерченное пятно. Еще спустя день в средней части пятна возникает светлая перемычка, и пятно делится на два. Проходят еще один-два дня, и вокруг пятен образуется более светлая, с прожилками, кайма — так называемая полутень. Пятна медленно продолжают расти, а рядом с ними возникает множество мелких пятен, нередко связанных общей полутенью. Образуется группа солнечных пятен, по размерам в огромное число раз превосходящая диаметр земного шара.
Это — вершина развития, апофеоз. Далее все идет на убыль. Пятна уменьшаются, блекнут, и, хотя вся группа как бы чуть-чуть расползается по солнечной поверхности, в конце концов пятна исчезают, сменяясь обычными гранулами. Весь этот цикл развития занимает две-три недели, но некоторые особенно мощные группы солнечных пятен могут существовать многие месяцы.
Так совершаются события на Солнце. При наблюдениях с Земли картина несколько осложняется тем, что огромный солнечный шар медленно вращается вокруг собственной оси. Если бы Солнце было твердым телом, все бы его точки имели одинаковую угловую скорость, а значит, и одинаковый период вращения. На самом деле исполинский газовый шар вращается иначе, как бы по частям.
Экваториальные зоны Солнца завершают полный оборот за 25 суток, а околополярные области примерно за месяц.
В среднем полный оборот Солнце завершает за 27 земных суток — запомните эту величину, с ней в дальнейшем нам часто придется встречаться.
Когда солнечное пятно появляется на западном краю солнечного диска, оно вследствие перспективы кажется вытянутым, овальным. Кроме того, видна только часть полутени, так что невольно создается впечатление, что солнечное пятно — некое углубление в фотосфере, а полутень — края огромной воронки, центр которой и воспринимается как «тень», то есть самая темная часть солнечного пятна.
По-видимому, так оно и есть: каждое рядовое солнечное пятно — это воронкообразное образование глубиной около 1000–1500 км, причем радиальные волокна полутени при ширине около 30 км имеют длину в несколько тысяч километров.
Когда-то думали, что солнечные пятна — это газовые вихри в солнечной фотосфере. Однако выяснилось, что движение газа в пятнах совсем не так просто. В верхних слоях пятна солнечные газы со всех сторон втекают внутрь, к его центру. В нижних слоях наблюдается противоположная картина — газы радиально вытекают из пятна. Есть и вихревое движение, но опять разнонаправленное на разных «этажах». Это движение очень медленное, вовсе не похожее на стремительные смерчи в земной атмосфере. Скорее наоборот, солнечные пятна — это «зоны затишья» среди постоянно «кипящей» фотосферы.
Температура газов внутри солнечною пятна примерно на 1500° ниже температуры фотосферы. По причине контраста пятна кажутся темными. Однако рядовое солнечное пятно, помещенное на ночное небо, сияло бы в сто раз ярче полной Луны.
Характерная деталь: каждое солнечное пятно похоже на исполинский электромагнит. Магнитные поля солнечных пятен очень мощны — их напряженность нередко достигает 3000 эрстед, что почти в 6000 раз больше напряженности земного магнитного поля. Сила электрического тока, необходимая для создания такого мощного магнитного поля, должна измеряться биллионами ампер!
Стоит заметить, что Солнце, как и Земля, обладает еще общим магнитным полем. Но оно очень слабое — его напряженность не превышает 1 эрстеда.
Когда большое солнечное пятно, достигнув максимальных размеров, начинает уменьшаться, а затем исчезает, магнитное поле, хотя и ослабленное, остается существовать вплоть до появления нового пятна в той же области.
И вообще «затухание» магнитных полей в фотосфере совершается очень медленно — теоретически можно доказать, что полное уничтожение магнитного поля в условиях Солнца возможно лишь за сотни лет.
Как это ни горько признать, но до сих пор нет теории, полностью объясняющей происхождение солнечных пятен.
Одно ясно — охлаждение солнечных газов внутри пятна вызвано действием местного магнитного поля. Оно тормозит движение газов поперек силовых линий, сдерживает конвекцию. Поэтому под пятном почти прекращается циркуляция газов, которая переносит из глубины Солнца наружу значительное количество энергии, газы охлаждаются, и пятно кажется черной оспиной на ослепительном лике Солнца.
Неискушенному в астрономии человеку может показаться, что Солнце «оканчивается» там, где видит глаз резко очерченный край солнечного диска. Но это не так. В те редкие моменты, когда Солнце покрывается черным диском Луны, вокруг затмившегося Солнца виден оранжево-красный ободок с небольшими выступами, напоминающими язычки пламени. Самое же примечательное в такие минуты — изумительно красивое жемчужно-серебристое сияние, со всех сторон окружающее Солнце.
Оранжевый ободок — солнечная хромосфера («цветная оболочка»). Пламенеобразные выступы — солнечные протуберанцы. Сияние вокруг затмившегося Солнца — солнечная корона. А все эти образования, вместе взятые, образуют весьма обширную солнечную атмосферу.
Атмосфера Солнца гораздо разреженнее его фотосферы, не говоря уже о солнечных недрах. Ее свечение несравненно слабее ослепительного блеска фотосферы. В частности, корона Солнца на ночном небе сияла бы не ярче полной Луны. Поэтому астрономам приходится прибегать к различным техническим ухищрениям, чтобы всегда, в любой ясный день наблюдать солнечную атмосферу. Самый нижний ее слой, непосредственно прилегающий к фотосфере, имеет плотность в сотни раз меньше плотности комнатного воздуха (3·10-8 г/см3) В более высоких слоях солнечная атмосфера еще разреженнее. Здесь, как и повсюду на Солнце, преобладает водород и гелий с ничтожной примесью остальных элементов.
Кстати сказать, красно-оранжевая окраска хромосферы вызвана именно водородом, интенсивно излучающим красные лучи.
При наблюдениях в специальные телескопы хромосфера несколько напоминает горящую прерию. В ней заметны спикулы — продолговатые быстроменяющиеся выступы, гораздо меньшие по размерам, чем протуберанцы. Длина каждой спикулы составляет несколько тысяч километров, а толщина около 1000 км. Это как бы волокна в хромосфере, через которые совершается обмен веществом между хромосферой и короной.
В фотосфере пятна и факелы — активные образования.
Действительно, чем их больше, тем сильнее «взбудоражено» Солнце. Иначе говоря, количество пятен и факелов может служить мерой солнечной активности.
В атмосфере Солнца к активным образованиям в первую очередь относятся так называемые флоккулы и протуберанцы.
Посмотрите на вклейки. Перед вами фотоснимки Солнца, полученные с помощью спектрогелиографа. Этот сложный прибор обладает замечательным свойством — он позволяет рассматривать и изучать Солнце как бы «по частям».
В нем есть специальные фильтры, пропускающие, например, только те лучи, которые посылает водород. Тогда получают фотоснимок Солнца, как говорят, в лучах водорода. Можно сфотографировать Солнце в лучах гелия или, скажем, кальция. На таких снимках, именуемых спектро-гелиограммами, видны яркие, неправильной формы пятна, почти совпадающие по положению и очертаниям с фотосферными факелами. Это своеобразное продолжение факелов в солнечной атмосфере называют флоккулами.
Протуберанцы, пожалуй, самое величественное и грандиозное, что мы наблюдаем на Солнце. Особенно сильное впечатление остается после просмотра кинофильмов, где развитие протуберанцев показано в ускоренном темпе.
Вот висит над Солнцем колоссальное облако, внешне похожее на муравьеда. Это так называемый спокойный протуберанец, который в целом остается неподвижным. Но странная картина: из этого протуберанца к поверхности Солнца вытягиваются какие-то газовые «щупальца», и видно, как по этим искривленным путям под действием электромагнитных сил всасывается вещество протуберанца в фотосферу.
Взрывные, или эруптивные, протуберанцы ведут себя совсем иначе. Вот взлетает над Солнцем, непрерывно распухая, чудовищно огромное облако газа. Оно поднимается на высоту, почти равную диаметру Солнца (1 300 000 км), а затем рассеивается в окружающее пространство. Есть, конечно, среди взрывных протуберанцев и более спокойные, которые, взлетев по вертикали на не очень большую высоту, затем как бы всасываются обратно в недра Солнца.
Не все пока ясно в природе протуберанцев, их движении. Очевидно, однако, что только тяготением и давлением света эти явления объяснить невозможно. Здесь, несомненно, действуют очень мощные электрические и магнитные силы.
В хромосфере иногда возникают вспышки, называемые хромосферными или просто солнечными. Внешне они менее эффектны, чем протуберанцы. Заметить их можно лишь на спектрогелиограммах и, крайне редко, в «общем свете», глазом. Между тем это самое мощное и самое важное для человека проявление солнечной активности.
На спектрогелиограммах вспышка видна как внезапное (за несколько минут!) и резкое возрастание в яркости какого-нибудь флоккула. Чувствуется, что на Солнце произошел какой-то взрыв незообразимой мощности. И действительно, подсчеты показывают, что при рядовой солнечной вспышке выделяется столько же энергии, сколько при одновременном взрыве 30 тысяч водородных бомб.
Причины солнечных вспышек пока не вполне ясны.
Возможно, их энергия создается за счет энергии мощных и быстроменяющихся магнитных полей. Но для дальнейшего рассказа важно отметить, что каждая хромосферная вспышка непременно порождает три следствия.
Во-первых, резко увеличивается мощность рентгеновых лучей, излучаемых Солнцем.
Во-вторых, еще более заметно (иногда в миллионы раз!) растет поток радиоволн, посылаемых Солнцем в мировое пространство.
В-третьих, каждая солнечная вспышка как бы выстреливает в пространство скопище так называемых корпускул — в основном протонов, электронов и альфа-частиц с незначительной примесью ядер атомов других элементов.
Каждое такое скопище образует корпускулярный поток, улетающий от Солнца со скоростью около 7000 км/сек.
Такой поток, если не встретит препятствий, на вторые сутки долетит до Земли, а за большие сроки и до более далеких планет. Через корпускулярные потоки (но не только через них) мы связаны непосредственно с Солнцем и до нас доходит солнечное вещество.
Солнечная корона — самый верхний этаж солнечной атмосферы. Во время полных солнечных затмений каждый может убедиться, что отдельные лучи короны уходят от поверхности Солнца на высоту его диаметра, а то и дальше.
Как и все на Солнце, корона — образование непостоянное. В нижних слоях она частично состоит из тех же газов, что и хромосфера. В самых внешних частях к короне примешивается мелкая твердая космическая пыль, повсеместно наполняющая межпланетное пространство.
Основа короны — корпускулы, смешанные с большим количеством свободных электронов. Смесь ионов, атомов и электронов, в целом электрически нейтральную, физики называют плазмой. Солнечная корона представляет собой весьма разреженную и очень горячую плазму.
Уточним: средняя плотность вещества в короне в миллиарды раз меньше плотности комнатного воздуха, а температура короны близка к миллиону градусов — величине, не поддающейся наглядному представлению.
В отличие от земной атмосферы, солнечная корона образована стремительно улетающими от Солнца корпускулами и электронами. Солнечные лучи, рассеиваясь на этих электронах, и порождают ее жемчужно-серебристое сияние.
Можно думать, что лучи солнечной короны и ее «опахала» формируются корпускулярными потоками, к которым, конечно, примешано и большое количество свободных электронов.
Кроме корпускулярных потоков, Солнце непрерывно и равномерно со всей своей поверхности выбрасывает в пространство сравнительно медленные корпускулы. Их скорость близка к 300–500 км/сек, и они образуют то, что современные астрофизики называют солнечным ветром.
Странное это явление, напоминающее «дождь наизнанку».
Но факт остается фактом. Солнце непрерывно и равномерно испускает во все стороны корпускулы. Солнечные вспышки, по-видимому, — только частные и резкие усиления этого постоянного процесса.
Вот теперь и попытаемся ответить на вопрос: где кончается Солнце? Где граница его атмосферы?
Там, где глаз во время полного солнечного затмения видит границы короны, Солнце еще не кончается. Просто глаз наш недостаточно чувствителен. А вот на некоторых фотоснимках лучи короны прослеживаются до расстояния, равного 15 диаметрам Солнца. Но и это, оказывается, еще не граница солнечных владений.
Изучая плотность вещества в корональных лучах, можно подсчитать, как убывает эта плотность с удалением от Солнца. Нетрудно вычислить, какова могла бы быть плотность короны вблизи Земли, если бы соблюдался подмеченный закон убывания плотности и если бы солнечная корона простиралась до земной орбиты.
И вот удивительное совпадение: датчики космических аппаратов вблизи Земли обнаруживают в пространстве столько свободных электронов, сколько бы их было, если бы лучи короны доходили до нашей планеты! Что это, случайное совпадение? Нет, конечно. Много раз проведенные расчеты приводят к парадоксальному выводу: мы живем внутри Солнца! Солнечная корона, пусть в крайне разреженном состоянии, простирается до орбиты Земли и даже дальше. Выходит, что в некотором смысле мы не только жители Земли, но и обитатели Солнца. А это означает, что солнечные явления должны четко отражаться в различных земных процессах и в нас самих.
Солнечной ритмике подчинена вся наша жизнь.
Чередование дня и ночи, регулярная смена времен года — вот прежде всего те два солнечных ритма, отражение которых мы наблюдаем всегда и повсеместно. Правда, само Солнце тут, пожалуй, ни при чем. Меняются условия освещения Земли за счет ее двух главных движений — суточного и годового. Но все-таки чувствительность всего земного к солнечным лучам и здесь проявляется очень четко.
Мы — дети Солнца, порождение его живительной энергии. И если эта энергия как-то меняется, то заранее можно ожидать, что и человек, и все живое на Земле, и даже вся наша планета не остаются к этому безучастными.
К нашему счастью, Солнце — очень устойчивый энергетический механизм. В целом его излучение почти постоянно, и это великое благо для земной биосферы. Нетрудно подсчитать, что если бы Солнце ослабло в блеске всего на несколько процентов, это привело бы к самым катастрофическим последствиям для всего живого.
Астрономам известны тысячи переменных звезд, излучение которых меняется в значительных пределах (иногда в сотни раз). В одних случаях на эти изменения уходят годы, в других — только часы, а то и минуты. Если вокруг этих звезд есть населенные планеты, то их живые организмы должны очень чутко реагировать на изменение внешней обстановки, в первую очередь на колебания тепла и света. Во всяком случае, биосферы таких планет, вероятно, обладают ритмикой, отражающей колебания в излучении освещающих их звезд.
Солнце с полным основанием можно считать переменной звездой. Более того, солнечное излучение подвержено хотя и небольшим, но сложным периодическим колебаниям.
Кроме основного и уже знакомого нам колебания с периодом около 11 лет, есть и другие одновременно действующие солнечные ритмы.
Представьте себя в роли лунного наблюдателя. На черном, усеянном, немерцающими звездами небе видна медленно вращающаяся Земля. Вообразите далее, что из Москвы с помощью неподвижного мощного прожектора к вам посылают световой сигнал. Очевидно, вы его увидите только тогда, когда луч будет направлен точно на вас.
А это будет повторяться через каждые 24 часа — период вращения Земли вокруг оси.
Нечто подобное происходит и с Солнцем. Допустим, что на Солнце возник на многие месяцы, а то и годы мощный очаг активности. Таким очагом может быть крупная группа пятен или факелов или вообще какой-то взбудораженный район фотосферы, «выстреливающий» в сторону Земли потоки корпускул. Ясно, что воздействие этого очага активности на Землю не всегда одинаково. Но наиболее благоприятные для такого воздействия положения будут повторяться через каждые 27 дней — средний период оборота Солнца вокруг оси. Ведь солнечные пятна и другие очаги солнечной активности почти жестко скреплены с поверхностью Солнца — их собственные перемещения в фотосфере незначительны и имеют колебательный характер.
Поделиться книгой: