Пятна на Солнце

Солнце - единственная из всех звезд, которую мы видим не как сверкающую точку, а как сияющий диск. Благодаря этому астрономы имеют возможность изучать различные детали на его поверхности.

Что же такое солнечные пятна?

Пятна на Солнце - далеко не устойчивые образования. Они возникают, развиваются и исчезают, а взамен исчезнувших появ­ляются новые. Изредка образуются пятна-исполины. Так, в апре­ле 1947 года на Солнце наблюдалось сложное пятно: его площадь превышала площадь поверхно­сти земного шара в 350 раз! Оно было хорошо видно нево­оруженным глазом 1 .

Пятна на Солнце

Такие большие пятна на Солнце замечались еще в древ­ние времена. В Никоновской летописи за 1365 год можно найти упоминание о том, как наши предки на Руси видели на Солнце сквозь дым лесных по­жарищ «темные пятна, аки гвозди».

Появляясь на восточном (левом) краю Солнца, перемещаясь по его диску слева направо и исчезая за западным (правым) краем дневного светила, солнеч­ные пятна дают прекрасную возможность не только убедиться во вращении Солнца вокруг оси, но и определить период этого вра­щения (более точно он определяется по доплеровскому смеще­нию спектральных линий). Измерения показали: период враще­ния Солнца на экваторе составляет 25,38 суток (по отношению к наблюдателю на движущейся Земле - 27,3 суток), в средних ши­ротах - 27 суток и у полюсов около 35 суток. Таким образом, на экваторе Солнце вращается быстрее, чем у полюсов. Зональное вращение светила свидетельствует о его газообразном состоянии. Центральная часть большого пятна в телескоп выглядит со­всем черной. Но пятна только кажутся темными, поскольку мы наблюдаем их на фоне яркой фотосферы. Если бы пятно можно было рассматривать отдельно, то мы бы увидели, что оно светит­ся сильнее, чем электрическая дуга, так как его температура око­ло 4 500 К, то есть на 1500 К меньше температуры фотосферы. Солнечное пятно средних размеров на фоне ночного неба каза­лось бы таким же ярким, как Луна в фазе полнолуния. Только пятна испускают не желтый, а красноватый свет.

Обычно темное ядро большого пятна бывает окружено серой полутенью, состоящей из светлых радиальных волокон, расположенных на темном фоне. Вся эта структура хорошо видна даже в небольшой телескоп.

Пятна на солнце

Еще в 1774 году шотландский астроном Александр Вилсон (1714-1786), наблюдая пятна у края солнечного диска, сделал вывод, что большие пятна являются углублениями в фотосфере. В дальнейшем расчеты показали, что «дно» пятна лежит ниже уровня фотосферы в среднем на 700 км. Словом, пятна - гигант­ские воронки в фотосфере.

Вокруг пятен в лучах водорода отчетливо видно вихревое строение хромосферы. Эта вихревая структура указывает на су­ществование бурных движений газа вокруг пятна. Такой же рису­нок создают железные опилки, насыпанные на лист картона, если под ними расположить магнит. Подобное сходство заставило аме­риканского астронома Джорджа Хейла (1868-1938) заподозрить, что солнечные пятна - огромные магниты.

Хейлу было известно, что спектральные линии расщепляют­ся, если излучающий газ находится в магнитном поле (так назы­ваемое зеемановское расщепление). И когда астроном сравнил величину расщепления, наблюдавшегося в спектре солнечных пятен, с результатами лабораторных опытов с газом в магнитном поле, то обнаружил, что магнитные поля пятен в тысячи раз пре­вышают индукцию земного магнитного поля. Напряженность магнитного поля у поверхности Земли около 0,5 эрстеда. А в солнечных пятнах она всегда больше 1500 эрстед - иногда дос­тигает 5000 эрстед!

Открытие магнитной природы солнечных пятен - одно из важ­нейших открытий в астрофизике начала XX века. Впервые было установлено, что магнитными свойствами обладает не только наша Земля, но и другие небес­ные тела. Солнце в этом отно­шении вышло на первый план. Только наша планета имеет по­стоянное дипольное магнитное поле с двумя полюсами, а маг­нитное поле Солнца отличает­ся сложной структурой, и мало того, оно «переворачивается», То есть изменяет свой знак, или полярность. И хотя солнечные пятна являются весьма сильны­ми магнитами, общее магнитное поле Солнца редко превышает 1 эрстед, что в несколько раз больше среднего поля Земли.

Сильное магнитное поле в биполярной группе солнечных пятен

Сильное магнитное поле пятен как раз и есть причина их низ­кой температуры. Ведь поле создает изолирующий слой под пят­ном и благодаря этому резко замедляет процесс конвекции - уменьшает приток энергии из глубин светила.

Большие пятна предпочитают появляться парами. Каждая такая пара располагается почти параллельно солнечному эквато­ру. Ведущее, или головное, пятно движется обычно немного быст­рее, чем замыкающее (хвостовое) пятно. Поэтому в течение пер­вых нескольких дней пятна удаляются друг от друга. Одновре­менно размер пятен увеличивается.

Часто в промежутке между двумя основными пятнами появля­ется «цепочка» маленьких пятен. После того как это произойдет, хвостовое пятно может претерпеть быстрый распад и исчезнуть. Ос­тается только ведущее пятно, которое уменьшается медленнее и жи­вет в среднем в 4 раза дольше своего компаньона. Подобный процесс развития характерен почти для каждой большой группы солнечных пятен. Большинство пятен живет всего лишь несколько дней (даже несколько часов!), а другие наблюдаются несколько месяцев.

Пятна, поперечник которых достигает 40-50 тыс. км, можно увидеть через светофильтр (густо закопченное стекло) невоору­женным глазом.

Что такое солнечные вспышки?

1 сентября 1859 года два английских астронома - Ричард Кэррингтон и Ш. Ходжсон, независимо друг от друга наблюдая Солнце в белом свете, увидели, как нечто подобно молнии сверк­нуло вдруг среди одной группы солнечных пятен. Это было пер­вое наблюдение нового, еще неизвестного явления на Солнце; в дальнейшем оно получило название солнечной вспышки.

Что же такое солнечная вспышка? Если сказать коротко, это сильнейший взрыв на Солнце, в результате которого быстро вы­свобождается колоссальное количество энергии, накопившейся в ограниченном объеме солнечной атмосферы.

Чаще всего вспышки возникают в нейтральных областях, рас­положенных между большими пятнами противоположной поляр­ности. Обычно развитие вспышки начинается с внезапного увели­чения яркости факельной площадки - области более яркой, а значит и более горячей фотосферы. Затем происходит катастро­фический взрыв, во время которого солнечная плазма разогрева­ется до 40-100 млн К. Это проявляется в многократном усилении коротковолнового излучения Солнца (ультрафиолетового и рент­геновского), а также в усилении «радиоголоса» дневного светила и в выбросе ускоренных солнечных корпускул (частиц). А в неко­торых наиболее мощных вспышках генерируются даже солнеч­ные космические лучи, протоны которых достигают скорости, равной половине скорости света. Такие частицы обладают смер­тоносной энергией. Они способны почти беспрепятственно про­никать в космический корабль и разрушать клетки живого орга­низма. Поэтому солнечные космические лучи могут представлять серьезную опасность для экипажа, застигнутого во время полета внезапной вспышкой.

Таким образом, солнечные вспышки излучают радиацию в ви­де электромагнитных волн и в виде частиц вещества. Усиление электромагнитного излучения происходит в широком диапазоне длин волн - от жестких рентгеновских лучей и гамма-квантов до километровых радиоволн. При этом общий поток видимого излу­чения остается всегда постоянным с точностью до долей процента. Слабые вспышки на Солнце бывают практически всегда, а большие - раз в несколько месяцев. Зато в годы максимума сол­нечной активности большие солнечные вспышки происходят по нескольку раз в месяц. Обычно небольшая вспышка длится 5- 10 минут; самые мощные - несколько часов. За это время в око­лосолнечное пространство выбрасывается облако плазмы массой до 10 млрд т и выделяется энергия, эквивалентная взрыву де­сятков, а то и сотен миллионов водородных бомб! Однако мощ­ность даже самых больших вспышек не превышает сотых долей процента от мощности полного излучения Солнца. Поэтому при вспышке не происходит заметного увеличения светимости наше­го дневного светила.

Во время полета первого экипажа на американской орбиталь­ной станции «Скайлэб» (май-июнь 1973 года) удалось сфотогра­фировать вспышку в свете паров железа при температуре 17 млн К, что должно быть горячее, чем в центре солнечного термоядерного реактора. А в последние годы от нескольких вспышек были зареги­стрированы импульсы гамма-излучения.

Своим происхождением такие импульсы обязаны, вероятно, аннигиляции электронно-позитронных пар. Позитрон, как из­вестно, - это античастица электрона. Он имеет ту же массу, что и электрон, но наделен противоположным электрическим зарядом. Когда электрон и позитрон сталкиваются, что может происходить при солнечных вспышках, они тотчас же уничтожаются, превра­щаясь в два фотона гамма-излучения.

Как и всякое нагретое тело, Солнце непрерывно испускает ра­диоволны. Тепловое радиоизлучение спокойного Солнца, когда на нем нет пятен и вспышек, постоянно и на миллиметровых и сантиметровых волнах исходит из хромосферы, а на метровых - из короны. Но стоит только появиться большим пятнам, произой­ти вспышке, как на фоне спокойного радиоизлучения возникают сильные радиовсплески... И тогда радиоизлучение Солнца скач­кообразно возрастает в тысячи, а то и в миллионы раз!

Физические процессы, приводящие к возникновению солнеч­ных вспышек, очень сложны и еще мало изучены. Однако сам факт появления солнечных вспышек почти исключительно в больших группах пятен свидетельствует о родственных связях вспышек с сильными магнитными полями на Солнце. И вспышка - это, по-видимому, не что иное, как грандиознейший взрыв, вызванный внезапным сжатием солнечной плазмы под давлением сильного магнитного поля. Именно энергия магнитных полей, каким-то об­разом освобождаясь, порождает солнечную вспышку.

Излучения солнечных вспышек нередко достигают нашей пла­неты, оказывая сильное воздействие на верхние слои земной ат­мосферы (ионосферу). Они же приводят к возникновению маг­нитных бурь и полярных сияний, но об этом - рассказ впереди.

Ритмы Солнца

В 1826 году немецкий любитель астрономии аптекарь Генрих Швабе (1789-1875) из Дессау приступил к систематическим на­блюдениям и зарисовкам солнечных пятен. Нет, он вовсе не со­бирался изучать Солнце - его интересовало совсем другое. В то время думали, что между Солнцем и Меркурием движется неизвестная планета. А так как увидеть ее вблизи яркого светила было невозможно, то Швабе решил наблюдать все, что было видно на солнечном диске. Ведь если такая планета действительно существует, то рано или поздно она обязательно пройдет по диску Солнца в виде маленького черного кружочка или точки. И вот тут-то она будет наконец «поймана»!

Однако Швабе, по его собственным словам, «отправившись на поиски ослов своего отца, нашел королевство». В 1851 году в книге «Космос» Александра Гумбольдта (1769-1859) были опубликованы результаты наблюдений Швабе, из которых сле­довало, что число солнечных пятен довольно правильно возрас­тает и уменьшается в течение 10-летнего периода. Эта перио­дичность в изменении числа солнечных пятен, впоследствии названная 11-летним циклом солнечной активности, была от­крыта Генрихом Швабе в 1843 году. Последующие наблюдения подтвердили это открытие, а швейцарский астроном Рудольф Вольф (1816-1893) уточнил, что максимумы числа пятен на Солнце повторяются в среднем через 11,1 года.

Итак, число пятен меняется день ото дня и от года к году. Что­бы судить о степени солнечной активности, основанной на под­счетах солнечных пятен, в 1848 году Вольф ввел понятие относи­тельного числа солнечных пятен, или так называемых чисел Вольфа. Если обозначить через g число групп пятен, а через f об­щее число пятен, то число Вольфа - W - выражается формулой:

Это число, определяющее меру пятнообразовательной деятель­ности Солнца, учитывает как число групп солнечных пятен, так и число самих пятен, наблюдавшихся в какой-то определенный день. Причем каждая группа приравнивается к десяти единицам, а каждое пятно принимается за единицу. Общий счет за день - от­носительное число Вольфа - представляет собой сумму этих чи­сел. Допустим, что мы наблюдаем на Солнце 23 пятна, которые об­разуют три группы. Тогда число Вольфа в нашем примере будет: W = 10 3 + 23 = 53. В периоды минимума солнечной активности, когда на Солнце не бывает ни одного пятна, оно превращается в ноль. Если на Солнце наблюдается единственное пятно, то число Вольфа будет равно 11, а в дни максимума солнечной активности оно иногда бывает более 200.

Кривая среднемесячного числа солнечных пятен отчетливо показывает характер изменения солнечной активности. Такие данные имеются начиная с 1749 года по настоящее время. Усред­нение, сделанное за 200 лет, определило период изменения пятен на Солнце в 11,2 года. Правда, за последние 60 лет течение пятнообразовательной деятельности нашего дневного светила несколь­ко ускорилось и этот период уменьшился до 10,5 лет. Кроме того, его продолжительность заметно меняется от цикла к циклу. По­этому следует говорить не о периодичности солнечной активно­сти, а о цикличности. Одиннадцатилетний цикл - это важнейшая особенность нашего Солнца.

Открыв в 1908 году магнитное поле солнечных пятен, Джордж Хейл открыл и закон чередования их полярности. Мы уже гово­рили о том, что в развитой группе имеются два больших пятна - два больших магнита. Они обладают противоположной полярно­стью. Последовательность полярностей в северном и южном полу­шариях Солнца тоже всегда противоположная. Если в северном полушарии ведущее (головное) пятно имеет, например, северную полярность, а замыкающее (хвостовое) пятно - южную, то в юж­ном полушарии дневного светила картина будет обратная: веду­щее пятно - с южной полярностью, а замыкающее - с северной. Но самое замечательное состоит в том, что в следующем 11-летнем цикле полярности всех пятен в группах в обоих полушариях Солнца меняются на противоположные, а с наступлением нового цикла возвращаются к исходному состоянию. Таким образом, маг­нитный цикл Солнца составляет примерно 22 года. Поэтому многие астрономы-«солнечники» считают основным 22-летний цикл солнечной активности, связанный с изменением полярности маг­нитного поля в солнечных пятнах.

Уже давно установлено, что в такт с изменением числа пятен на Солнце изменяются площади факельных площадок, мощность солнечных вспышек. Вот эти и другие явления, происходящие в атмосфере Солнца, сейчас принято называть солнечной активно­стью. Наиболее доступным ее элементом для наблюдений явля­ются большие группы солнечных пятен.

Теперь пришло время ответить, пожалуй, на самый интригую­щий вопрос: «Откуда берется солнечная активность и как объяс­нить ее особенности?»

Поскольку определяющим фактором солнечной активности является магнитное поле, то возникновение и развитие биполяр­ной группы пятен - активной области на Солнце - можно пред­ставить как результат постепенного всплывания в солнечную ат­мосферу огромного магнитного жгута или трубки, которая выхо­дит из одного пятна и, образуя арку, входит в другое пятно. В том месте, где трубка выходит из фотосферы, возникает пятно с одной полярностью магнитного поля, а где она обратно входит в фото­сферу - с противоположной полярностью. Через некоторое вре­мя эта магнитная трубка разрушается, а остатки магнитного жгута погружаются обратно под фотосферу и активная область на Солнце исчезает. При этом часть линий магнитного поля уходит в хромосферу и солнеч­ную корону. Здесь магнитное поле как бы упорядочивает движущуюся плазму, в резуль­тате чего солнечное вещество движется вдоль линий магнит­ного поля. Это придает короне лучистый вид. Тот факт, что активные области на Солнце определяются магнитными си­ловыми трубками, больше не вызывает среди ученых сомнений. Магнитогидродинамическими эффектами объясняется и перемена полярности поля в биполяр­ных группах солнечных пятен. Но это только первые шаги в на­правлении построения научно обоснованной теории, которая смо­жет объяснить все наблюдаемые особенности активности велико­го светила.

Среднегодовые числа Вольфа с 1947 по 2001 г.

Фотосфера Солнца

Объяснение возникновения на Солнце биполярных магнитных областей. Из конвективной зоны всплывает в солнечную атмосферу огромная магнитная трубка

Итак, на Солнце происходит вечная борьба между силами дав­ления раскаленного газа и чудовищной гравитацией. А на пути из­лучения встают запутанные магнитные поля. В их сетях возника­ют и разрушаются пятна. Вдоль силовых магнитных линий взле­тает вверх или скользит вниз из короны высокотемпературная плазма. Где еще можно встретить нечто подобное?! Только на дру­гих звездах, но они ужасно далеки от нас! И только на Солнце мы можем наблюдать эту извечную борьбу сил природы, которая длится уже 5 млрд лет. А победит в ней только гравитация!

«Эхо» солнечных вспышек

23 февраля 1956 года станции Службы Солнца отметили на дневном светиле мощнейшую вспышку. Взрывом невиданной си­лы были выброшены в околосолнечное пространство гигантские облака раскаленной плазмы - каждое во много раз больше Земли! И со скоростью более 1000 км/с они устремились в сторону нашей планеты. Первые отзвуки этой катастрофы быстро докатились до нас через космическую бездну. Примерно через 8,5 минут после начала вспышки сильно возросший поток ультрафиолетовых и рентгеновских лучей достиг верхних слоев земной атмосферы - ионосферы, усилил ее разогрев и ионизацию. Это привело к рез­кому ухудшению и даже временному прекращению радиосвязи на коротких волнах, ибо вместо того, чтобы отражаться от ионосфе­ры, как от экрана, они стали ею усиленно поглощаться...

Изменение магнитной полярности солнечных пятен

Иногда же, при очень сильных вспышках, радиопомехи длятся по нескольку суток подряд, пока беспокойное светило не «прихо­дило в норму». Зависимость прослеживается здесь настолько чет­ко, что по частоте таких помех можно судить об уровне солнечной активности. Но главные возмущения, вызываемые на Земле вспы-шечной активностью светила, впереди.

Следом за коротковолновым излучением (ультрафиолетовым и рентгеновским) нашей планеты достигает поток высокоэнер­гичных солнечных космических лучей. Правда, магнитная обо­лочка Земли достаточно надежно защищает нас от этих смерто­носных лучей. Но для космонавтов, работающих в открытом кос­мосе, они представляют весьма серьезную опасность: облучение может легко превысить допустимую дозу. Вот почему около 40 обсерваторий мира постоянно участвуют в патрульной Службе Солнца - ведут непрерывные наблюдения за вспышечной актив­ностью дневного светила.

Дальнейшего развития геофизических явлений на Земле мож­но ожидать через день или через два дня после вспышки. Именно такое время - 30-50 часов - требуется для того, чтобы облака плазмы достигли земных «окрестностей». Ведь солнечная вспыш­ка - это нечто вроде космической пушки, стреляющей в межпла­нетное пространство корпускулами - частицами солнечного ве­щества: электронами, протонами (ядрами атомов водорода), аль­фа-частицами (ядрами атомов гелия). Масса корпускул, извергну­тых вспышкой в феврале 1956 года, составляла миллиарды тонн!

Едва облака солнечных частиц столкнулись с Землей, как за­метались стрелки компасов, а ночное небо над планетой украси­ли разноцветные сполохи полярного сияния. Среди больных рез­ко участились сердечные приступы, возросло число дорожных катастроф.

Виды воздействий солнечной вспышки на Землю

Да что там магнитные бури, полярные сияния... Под напором исполинских корпускулярных облаков содрогнулся буквально весь земной шар: во многих сейсмических зонах произошли зем­летрясения 2 . И как бы в довершение всего скачкообразно измени­лась продолжительность суток на целых 10... микросекунд!

Космические исследования показали, что земной шар окружен магнитосферой, то есть магнитной оболочкой; внутри магнито­сферы напряженность земного магнитного поля преобладает над напряженностью межпланетного поля. И чтобы вспышка могла оказать воздействие на земную магнитосферу и саму Землю, она должна произойти в то время, когда активная область на Солнце расположена вблизи центра солнечного диска, то есть ориентирована в сторону нашей планеты. В противном случае все вспышечные излучения (электромагнитное и корпускулярное) промчатся стороной.

Плазма, которая устремляется с поверхности Солнца в косми­ческое пространство, обладает определенной плотностью и спо­собна оказывать давление на любые встречающиеся на ее пути препятствия. Таким существенным препятствием является маг­нитное поле Земли - ее магнитосфера. Она оказывает противо­действие потокам солнечного вещества. Наступает момент, когда в этом противоборстве оба давления уравновешиваются. Тогда граница земной магнитосферы, поджатая потоком солнечной плазмы с дневной стороны, устанавливается на расстоянии при­мерно 10 земных радиусов от поверхности нашей планеты, а плаз­ма, не имея возможности двигаться прямо, начинает обтекать маг­нитосферу. При этом частицы солнечного вещества вытягивают ее магнитные силовые линии, и на ночной стороне Земли (в про­тивоположном от Солнца направлении) у магнитосферы образу­ется длинный шлейф (хвост), который простирается за орбиту Луны. Земля же со своей магнитной оболочкой оказывается внут­ри этого корпускулярного потока. И если обычный солнечный ве­тер, постоянно обтекающий магнитосферу, можно сравнить с лег­ким бризом, то стремительный поток корпускул, порожденных мощной солнечной вспышкой, подобен страшному урагану. Когда такой ураган налетает на магнитную оболочку земного шара, она еще сильнее сжимается с подсолнечной стороны и на Земле ра­зыгрывается магнитная буря.

Таким образом, солнечная активность влияет на земной магне­тизм. С ее усилением частота и интенсивность магнитных бурь возрастает. Но связь эта достаточно сложная и состоит из целой цепи физических взаимодействий. Главным связующим звеном в этом процессе является усиленный поток корпускул, возникаю­щий во время солнечных вспышек.

Часть энергичных корпускул в полярных широтах прорывает­ся из магнитной ловушки в земную атмосферу. И тогда на вы­сотах от 100 до 1000 км быстрые протоны и электроны, сталкива­ясь с частицами воздуха, возбуждают их и заставляют светиться. В результате наблюдается полярное сияние.

Периодические «оживления» великого светила - явление за­кономерное. Так, например, после грандиозной вспышки на Солнце, наблюдавшейся 6 марта 1989 года, корпускулярные пото­ки взбудоражили буквально всю магнитосферу нашей планеты. В результате на Земле разразилась сильнейшая магнитная буря. Она сопровождалась поразительным по своему размаху поляр­ным сиянием, которое в районе Калифорнийского полуострова достигло тропического пояса! Через три дня произошла новая мощная вспышка, а в ночь с 13 на 14 марта жители южного побе­режья Крыма тоже любовались феерическими сполохами, рас­простершимися в звездном небе над скалистыми зубцами Ай-Петри. Это было неповторимое зрелище, похожее на зарево пожа­ра, охватившее сразу полнеба.

Все упомянутые здесь геофизические эффекты - ионосфер­ные и магнитные бури и полярные сияния - являются составной частью сложнейшей научной проблемы, именуемой проблемой «Солнце-Земля». Однако этим влияние солнечной активности на Землю не ограничивается. «Дыхание» дневного светила посто­янно проявляется в изменении погоды и климата.

Климат - это не что иное, как многолетний режим погоды в данной местности, и определяется он ее географическим поло­жением на земном шаре и характером атмосферных процессов.

Ленинградским ученым из НИИ Арктики и Антарктики удалось выявить, что в годы минимума солнечной актив­ности преобладает широтная циркуляция воздуха. В этом случае погода в Северном по­лушарии устанавливается от­носительно спокойная. В годы максимума, наоборот, усилива­ется меридиональная циркуля­ция, то есть происходит интен­сивный обмен воздушными массами между тропическими и полярными областями. Пого­да становится неустойчивой, наблюдаются значительные отклонения от многолетних климатических норм.

Западная Европа: Британские острова в области сильного циклона. Снимок из космоса

1Каждый должен помнить, что смотреть на Солнце без защиты глаз темными светофильтрами ни в коем случае нельзя. Так можно мгновенно лишится зрения

2Научный сотрудник Мурманского отделения Астрономо-геодезического об­щества России (его председатель) Виктор Евгеньевич Трошенков исследовал воздействие солнечной активности на тектонику земного шара. Проведенный им на глобальном уровне повторный анализ сейсмической активности нашей планеты за 230 лет (1750-1980) показал наличие линейной зависимости между сейсмикой Земли (землетрясениями) и солнечными бурями.

Сергей Богачев

Как устроены пятна на Солнце

На диске Солнца появилась одна из самых крупных в этом году активных областей, а значит, на Солнце снова есть пятна - притом что наша звезда вступает в период . О природе и истории обнаружения солнечных пятен, а также об их влиянии на земную атмосферу рассказывает сотрудник Лаборатории рентгеновской астрономии Солнца ФИАН, доктор физико-математических наук Сергей Богачев.

В первом десятилетии XVII века итальянский ученый Галилео Галилей и немецкий астроном и механик Кристоф Шейнер приблизительно одновременно и независимо друг от друга усовершенствовали изобретенную за несколько лет до этого подзорную трубу (или телескоп) и создали на ее основе гелиоскоп - прибор, позволяющий наблюдать Солнце, проецируя его изображение на стену. На этих изображениях ими были обнаружены детали, которые можно было бы принять за дефекты стены, если бы они не перемещались вместе с изображением - небольшие пятна, усеивающие поверхность идеального (и отчасти божественного) центрального небесного тела - Солнца. Так в историю науки вошли солнечные пятна, а в нашу жизнь - поговорка о том, что на свете нет ничего идеального: «И на Солнце есть пятна».

Солнечные пятна являются основной деталью, которую можно разглядеть на поверхности нашей звезды без применения сложной астрономической техники. Видимые размеры пятен составляю порядка одной угловой минуты (размер 10-копеечной монеты с расстояния в 30 метров), что находится на пределе разрешения человеческого глаза. Однако достаточно совсем простого оптического прибора, увеличивающего всего в несколько раз, чтобы эти объекты были обнаружены, что, собственно, и произошло в Европе в начале XVII века. Отдельные наблюдения пятен, впрочем, регулярно происходили и до этого, причем часто они делались просто глазом, но оставались незамеченными или непонятыми.

Природу пятен некоторое время пытались объяснить, не затрагивая идеальность Солнца, например, как облака в солнечной атмосфере, но довольно быстро стало понятно, что они относятся посредственно к солнечной поверхности. Природа их, тем не менее, оставалась загадкой вплоть до первой половины XX, когда на Солнце впервые были обнаружены магнитные поля и оказалось, что места их концентрации совпадают с местами формирования пятен.

Почему пятна выглядят темными? Прежде всего надо заметить, что их темнота не является абсолютной. Она, скорее, подобна темному силуэту человека, стоящего на фоне освещенного окна, то есть является лишь кажущейся на фоне очень яркого окружающего света. Если измерить «яркость» пятна, то можно обнаружить, что оно также излучает свет, но лишь на уровне 20-40 процентов от нормального света Солнца. Этого факта достаточно, чтобы без каких-либо дополнительных измерений определить температуру пятна, так как поток теплового излучения от Солнца однозначно связан с его температурой через закон Стефана-Больцмана (поток излучения пропорционален температуре излучающего тела в четвертой степени). Если положить яркость обычной поверхности Солнца с температурой около 6000 градусов Цельсия как единицу, то температура солнечных пятен должна составлять около 4000-4500 градусов. Собственно говоря, так оно и есть - солнечные пятна (а это впоследствии было подтверждено и иными методами, например спектроскопическими исследованиями излучения), являются просто участками поверхности Солнца более низкой температуры.

Связь пятен с магнитными полями объясняется влиянием магнитного поля на температуру газа. Такое влияние связано с наличием у Солнца конвективной (кипящей) зоны, которая простирается от поверхности на глубину примерно трети солнечного радиуса. Кипение солнечной плазмы непрерывно поднимает из его недр к поверхности горячую плазму и тем самым повышает температуру поверхности. В областях, где поверхность Солнца пробивают трубки сильного магнитного поля, эффективность конвекции подавляется вплоть до полной ее остановки. В результате без подпитки горячей конвективной плазмой поверхность Солнца остывает как раз до температур порядка 4000 градусов. Формируется пятно.

В наши дни пятна изучают в основном как центры активных солнечных областей, в которых концентрируются солнечные вспышки. Дело в том, что магнитное поле, «источником» которого являются пятна, приносит в атмосферу Солнца дополнительные запасы энергии, которые являются для Солнца «лишними», и оно, как и любая физическая система, стремящаяся минимизировать свою энергию, пытается от них избавиться. Эта дополнительная энергия так и называется - свободная. Для сброса лишней энергии существует два основных механизма.

Первый, когда Солнце просто выбрасывает в межпланетное пространство отягощающую его часть атмосферы вместе с лишними магнитными полями, плазмой и токами. Эти явления называют корональными выбросами массы. Соответствующие выбросы, распространяясь от Солнца, достигают порой колоссальных размеров в несколько миллионов километров и являются, в частности, главной причиной магнитных бурь - удар такого сгустка плазмы по магнитному полю Земли выводит его из равновесия, заставляет колебаться, а также усиливает электрические токи, текущие в магнитосфере Земли, что и составляет суть магнитной бури.

Второй способ - это солнечные вспышки. В этом случае свободная энергия сжигается непосредственно в солнечной атмосфере, однако последствия этого тоже могут доходить до Земли - в виде потоков жесткого излучения и заряженных частиц. Такое воздействие, являющееся по своей природе радиационным, является одной из главных причин выхода из строя космических аппаратов, а также полярных сияний.

Не стоит, впрочем, обнаружив на Солнце пятно, сразу готовиться к солнечным вспышкам и магнитным бурям. Довольно частой является ситуация, когда появление на диске Солнца пятен, даже рекордно крупных, не приводит даже к минимальному повышению уровня солнечной активности. Почему так происходит? Связано это с природой высвобождения магнитной энергии на Солнце. Такая энергия не может высвободиться из одного магнитного потока, точно так же как лежащий на столе магнит, как бы его ни трясли, не создаст никакой солнечной вспышки. Таких потоков должно быть, как минимум, два, и они должны иметь возможность для взаимодействия друг с другом.

Поскольку одна магнитная трубка, пробивающая поверхность Солнца в двух местах, создает два пятна, то все группы пятен, в которых пятен всего два или одно, создавать вспышки не способны. Эти группы образованы одним потоком, которому не с чем взаимодействовать. Такая пара пятен может быть гигантской и существовать на диске Солнца месяцами, пугая Землю своими размерами, но не создаст ни одной, даже минимальной, вспышки. Подобные группы имеют классификацию и называются типом Альфа, если пятно одно, или Бета, если их два.

Сложное солнечное пятно типа Бета-Гамма-Дельта. Сверху - пятно в видимом диапазоне, внизу - магнитные поля, показанные с помощью прибора HMI на борту космической обсерватории SDO

Если вы обнаружили сообщение о появлении на Солнце нового пятна, не поленитесь и посмотрите тип группы. Если это Альфа или Бета, то можете не беспокоиться - ни вспышек, ни магнитных бурь Солнце в ближайшие дни не произведет. Более сложным классом является Гамма. Это группы пятен, в которых существует несколько пятен северной и южной полярности. В такой области существует как минимум два взаимодействующих магнитных потока. Соответственно, такая область будет терять магнитную энергию и подпитывать солнечную активность. И, наконец, последний класс - Бета-Гамма. Это максимально сложные области, с предельно запутанным магнитным полем. Если такая группа появилась в каталоге, можно не сомневаться - распутывать эту систему Солнце будет не менее нескольких дней, сжигая энергию в виде вспышек, в том числе крупных, и выбрасывая плазму, пока не упростит данную систему до простой конфигурации Альфа или Бета.

Впрочем, несмотря на «устрашающую» связь пятен со вспышками и магнитными бурями, не следует забывать, что это одно из наиболее замечательных астрономических явлений, которое можно наблюдать с поверхности Земли в любительские инструменты. Наконец, солнечные пятна, это очень красивый объект - достаточно посмотреть на их снимки, полученные с высоким разрешением. Тем же, кто даже после этого не способен забыть о негативных аспектах этого явления, можно утешиться тем, что число пятен на Солнце все-таки относительно мало (не более 1 процента поверхности диска, а чаще гораздо меньше).

Ряд типов звезд, как минимум красные карлики, «страдают» в куда большей степени - пятнами в них может быть покрыто до десятков процентов площади. Можно вообразить, какие имеют гипотетические обитатели соответствующих планетных систем, и еще раз порадоваться, рядом с какой относительно спокойной звездой нам посчастливилось жить.

Черные пятна на поверхности Солнца нашими предками были замечены тысячи лет назад, но, не имея приборов, долгое время не могли разобраться, к чему они относятся либо к Солнцу, либо это тени пролетающих небесных тел. Только в 17-м веке, с помощью самодельного телескопа, Галилео Галилей установил, что пятна относятся к Солнцу и вращаются вместе с ним. После данного открытия, природа загадочных пятен еще долго оставалась неизвестной. По сути, и сегодня мы не можем подступиться к нашему светилу на близкое расстояние, чтобы подробно рассмотреть физику процессов, несмотря на то, что сотни телескопов внимательно следят за ним постоянно. Теоретики также блуждают в темноте черных пятен.

Так что же это за черные пятна на пышущей жаром поверхности Солнца?

Начнем с плазмы. Солнечная плазма – полностью ионизированный газ, Плазму называют «четвертым агрегатным состоянием вещества», но эта нумерация проставлена не верно, т.к. в масштабах Вселенной, плазма самое распространенное состояние материи. Плазменным веществом наполнены все звезды. Поэтому плазма представляет не четвертое, а первое состояние вещества в природе.

Плазма и присутствующие в ней свободные электрические заряды, создают проводящую среду для электрического тока, что обуславливает её взаимодействие с магнитными и электрическими полями.

В Википедии сказано: «В силу хорошей электрической проводимости плазмы разделение положительных и отрицательных зарядов невозможно на расстояниях больших дебаевской длины и временах больших периода плазменных колебаний» .

Вот здесь должен сказать, что при больших плотностях плазмы и мощных конвективных потоках могут возникать протяженные плазменные жгуты, иногда их называют «шнурами», «тяжами», «волокнами», «струями» «магнитными трубками», а теперь еще и «спикулами». Данные жгуты – есть настоящие проводники электрических токов. Вокруг таких жгутов образуются мощные магнитные поля, которые, в свою очередь, выстраивают новые электрические жгуты. Вот поэтому на снимках вокруг пятен мы наблюдаем эти жгуты в виде своеобразных штрихов, образующих магнитные спиральности.

Пятна визуально кажутся нам черными и холодными, на очень ярком фоне фотосферы с эффективной температурой 5778 0 К, на самом деле их температура – около 4500 0 . Средняя глубина пятен составляет 500 км.

Взаимодействие таких жгутов (проводников) друг с другом приводит к взаимному пространственному построению вокруг мнимого центра. Так образуется черное пятно. Ионизированное вещество из данного центра буквально «высасывается» в окружающие его жгуты. Что и приводит, в конечном счете, к быстрому расширению черных пятен. Поскольку конвективные потоки плазмы поднимаются из солнечных недр по радиусам, то образование проводящих электрических шнуров происходит в радиальном направлении. По мере выхода вещества в область пятна, оно тут же «разбирается», втягивается в тот или иной жгут. Поэтому излучение в центре пятна уменьшается во много раз, соответственно уменьшается и температура в данной зоне, что и приводит к его невидимости.

По сути, расширение пятна происходит за счет электромагнитного взаимодействия параллельных проводников с токами, протекающими в одном направлении. Притяжение проводников с током друг к другу и располагающихся по кругу, расширяет пространство данного кольца. На первом этапе плазменное кольцо не может разорваться за счет подпитки восходящими потоками плазмы из центральных областей Солнца. По мере его расширения электромагнитные силы в центре ослабевают, и конвективные потоки начинают прорываться в верхние слои фотосферы, вклиниваясь в плазменные жгуты, которые начинают разрушаться. Это приводит к рассасыванию пятна.

Мелкие пятна могут образовываться как восходящими, так и нисходящими потоками плазмы. В случае нисходящего потока, магнитное поле пятна будет противоположным. Такие пятна не могут существовать долго из-за давления плазмы в конвективных потоках, исходящих из недр Солнца. В то же время, пятна, образованные восходящими потоками могут достигать огромных размеров и существовать порядка месяца.

Солнечные пятна непосредственно воздействуют на климат и, как утверждал Чижевский, на общественные процессы.

Солнечные вспышки (солнечные трясения)

Но вряд ли астроном-старик
определит: "На солнце - буря".
Мы можем всласть глазеть на лик,
разинув рты и глаз не щуря.

(Владимир Высоцкий)

Что такое солнечная буря, (солнечная вспышка)? О ней пишут, о ней говорят, ее обсуждают, ее ждут. Но что это такое никто точно сказать не может.

Единственным достоверным фактом является то, что вспышки без присутствия солнечных пятен не возникают.

Во время мощной вспышки поток ультрафиолетового, рентгеновского и гамма излучения увеличивается во много тысяч раз. Радиоактивное фотонное излучение достигает Земли через восемь минут после начала вспышки. Через несколько десятков минут долетают потоки заряженных частиц, а через двое-трое суток до Земли доходят облака электронов и протонов.

Озоновый слой и вся атмосфера Земли встают на защиту от смертельных доз излучения, а геомагнитное поле – от заряженных частиц. Однако на 100% от жесткого излучения защититься не удается, поэтому угроза от солнечных вспышек существует. Вспышки могут повредить спутники, облучить космонавтов, повлиять на работу авиакомпаний и электросетей, поэтому важно их прогнозировать и понимать природу их возникновения.

«Солнечные вспышки, как правило, происходят в местах взаимодействия солнечных пятен противоположной магнитной полярности или, более точно, вблизи нейтральной линии магнитного поля, разделяющей области северной и южной полярности. Частота и мощность солнечных вспышек зависят от фазы 11-летнего солнечного цикла» .

Вспышка – это фонтан энергии, с температурой до 30 тысяч градусов. Это короткоживущий процесс, который длится около одной минуты. Эти сведения подвигают меня к мысли о солнечной молнии. Если вспышка мощная, то процесс высвечивания плазмы может продолжаться значительное время (десятки минут, иногда достигает часов). Все зависит от масштаба грандиозного явления.

Поскольку солнечные пятна – это нестабильные процессы, происходящие в фотосфере, то можно сделать предположение, что вспышка – результат нестабильных (переходных) процессов. По своей сути, солнечная вспышка – это мощнейшая молния! Что значит мощнейшая? В этот контекст я вкладываю сумму параллельно сложенных элементарных молний. Это огромный поток ионизированных частиц в едином порыве замыкается с противоположным по знаку таких же частиц, выброшенных давлением Солнца.

На самом деле все эти жгуты-проводники состоят из отдельных молний, но на общем световом фоне фотосферы мы их наблюдаем в виде оттенков более светлых тонов, пульсаций.

Магнитные линии (см. снимок ниже), по которым устремляются заряженные частицы плазмы, имеют очень малое отклонение и уходят вверх. Это говорит насколько масштабное и сильное магнитное поле солнечного пятна. На снимке видно начало зарождения вспышки на краю пятна.

В момент удара такой молнии в плазме возникает мощное давление газов, после происходит выброс коронарной плазмы и солнцетрясение.

Солнечное пятно, сфотографированное в «анфас» солнечной космической обсерваторией Hinode . Выбросы плазмы вверх по изгибающимся линиям магнитного поля.

В отличие от землетрясений, которые рождают короткие всплески волн на Земле, в недрах Солнца, благодаря солнечным молниям, создается постоянный сейсмический шум и мощные солнцетрясения. Но, поскольку солнечное вещество не твердое, а плазменное, то сейсмические волны быстро затухают.

Солнечные вспышки представляют собой уникальные по своей силе и мощности выделения тепловой, кинетической, сейсмической и световой энергии Солнца.

Муаровая зернистость поверхности Солнца

Если бы на Солнце присутствовал в достаточном количестве кислород, то на нашу Землю постоянно падали частицы пепла, как при извержениях вулканов.

В связи с этим хочу высказать еще одну оригинальную мысль, которую начну с вопроса: Что за гранулы (ячейки) мы наблюдаем с Земли в телескоп? При достаточно большом увеличении поверхность Солнца предстает перед нами в виде муаровой зернистости.

Гранулированная структура солнечной поверхности, в центре темное пятно

Н а снимке отчетливо видны ячейки, окруженные темными границами разной формы.

Что это за ячейки-гранулы и откуда они возникают?

Солнечную плазму иногда сравнивают с кипящим бульоном. Такое сравнение вполне корректно, т.к. дает наглядную модель в миниатюре – солнечную поверхность. Когда мы на кухонной плите готовим мясной бульон, то после закипания в кастрюле мы наблюдаем восходящие потоки жидкости, которые в разных направлениях разбрасывают накипь. Если сделать фотографию нашего бульона сверху, то на снимке можем получить картинку похожую на выше приведенный снимок.

С помощью опыта с мясным бульоном я подвожу читателя к ассоциативной мысли, что на границах солнечных гранул находится накипь! Солнечная накипь представляет собой продукты сгорания, в их числе пепел. Как видно из снимка, гранулы имеют более светлый оттенок в центре, а ближе к границе – более темный. Это подтверждает версию сравнения с бульоном, т.е. центральная часть зерен возвышается над периферией, перепады высот могут достигать десятки километров, при среднем диаметре гранул в 1000 км. Вот такой он солнечный, бурлящий и клокочущий бульон плазмы.

Еще более наглядно солнечную поверхность можно представить, если посмотреть сверху на тропический лес. Благодаря различной освещенности верхушек крон деревьев и периферийной части кроны, мы можем определить разницу в высотах. Поэтому, наблюдая с высоты тропические леса, невольно улавливаешь себя на мысли, что внизу не лес, а куполообразные зеленые земляные холмы.

Если продлить данную аналогию на Солнце, то можно представить, что его поверхность представляет собой огромные холмы, состоящие из плазмы ярко слепящего цвета. Данные холмы (гранулы) возникают в результате конвективных, восходящих потоков, формирующих своеобразные конвективные колонны плазмы.

На Солнце пятна и вспышки, на Солнце солнцетрясения! Пятна и вспышки можно наблюдать визуально, а трясения можно обнаружить только с помощью сейсмометров. Кто и как может установить приборы на Солнце?

Источники

1. Квазинейтральность, http://m.bankreferatov.ru/referats/.doc.html
2. Википедия, Солнечная вспышка, http://ru.wikipedia.org/wiki

Hinode – искусственный спутник Земли, предназначенный для исследования солнечной активности, магнитного поля и излучения в ультрафиолетовом и рентгеновском диапазонах. На его борту установлены оптический и рентгеновский телескопы, а также ультрафиолетовый спектрометр. Аппарат создан усилиями японских, британских и американских инженеров; был запущен в 2006-м году с японского космодрома Утиноура.

Солнечные пятна наблюдаются как области пониженной светимости на поверхности Солнца. Температура плазмы в центре солнечного пятна понижена до примерно 3700 K по сравнению с температурой 5700 K в окружающей фотосфере Солнца . Хотя отдельные солнечные пятна живут обычно не более нескольких дней, самые большие из них могут существовать на поверхности Солнца в течение нескольких недель. Солнечные пятна являются областями очень сильного магнитного поля , величина которого превышает величину магнитного поля Земли в тысячи раз. Чаще всего пятна формируются в виде двух близко расположенных групп, магнитное поле которых имеет разную полярность. Поле одной группы имеет положительную (или северную) полярность, а поле другой группы - отрицательную (или южную). Это поле наиболее сильное в самой темной части солнечного пятна - его тени. Линии поля здесь уходят в поверхность Солнца почти вертикально. В более светлой части пятна (его полутени) поле имеет меньшую величину, и его линии расположены более горизонтально. Солнечные пятна представляют огромный интерес для исследования, поскольку являются областями самых мощных солнечных вспышек , оказывающих наиболее сильное влияние на Землю.

Факелы

Гранулы - это малые (размером около 1000 км) элементы, похожие на ячейки неправильной формы, которые как сетка покрывают всю фотосферу Солнца , за исключением солнечных пятен . Эти поверхностные элементы являются верхней частью уходящих вглубь Солнца конвективных ячеек. В центре этих ячеек горячее вещество поднимается из внутренних слоев Солнца , затем растекается горизонтально по поверхности, охлаждается и опускается вниз на темных внешних границах ячейки. Отдельные гранулы живут совсем недолго, всего около 20 минут. В результате сетка грануляции постоянно меняет свой вид. Это изменение хорошо видно в фильме (470 kB MPEG) , полученом на Вакуумном Солнечном Телескопе в Швеции (Swedish Vacuum Solar Telescope). Потоки внутри гранул могут достигать сверхзвуковых скоростей более 7 км в секунду и производить звуковые "удары", которые приводят к формированию волн на поверхности Солнца .

Супергранулы

Супергранулы имеют конвективную природу, схожую с природой обычных гранул, но обладают заметно большими размерами (около 35,000 км). В отличие от гранул, которые видны на фотосфере обычным глазом, супергранулы чаще всего обнаруживают себя по эффекту Доплера, в соответствиии с которым излучение, поступающее от вещества, движущегося к нам, смещается по оси длин волн в голубую сторону, а излучение вещества, движущегося от нас, смещается в красную сторону. Супергранулы также покрывают всю поверхность Солнца и непрерывно эволюционируют. Отдельные супергранулы могут жить один или два дня и иметь среднюю скорость течения около 0.5 км в секунду. Конвективные потоки плазмы внутри супергранул сгребают линии магнитного поля к краям ячейки, где это поле формирует хромосферную сетку.

С солнечными пятнами связано несколько занимательных и довольно поучительных историй, первые из которых дошли до нас еще из глубокой древности.

Древнегреческие астрономы считали Солнце безупречным идеальным огненным шаром, не имеющим никаких изъянов. Такая точка зрения господствовала вплоть до XVII века, во всяком случае – в Европе. А далеко на востоке китайцы, ничего не зная о представлениях эллинов, еще в I веке до нашей эры описали в своих летописях «птиц», летающих перед Солнцем. Европейцы же о солнечных пятнах предпочитали вообще не думать, поскольку полагали, что если религия и философия объявляют Солнце совершенным, то «пятна» эти могут быть либо парами, проходящими между Землей и Солнцем, либо планетами.

В царствование Карла Великого (VIII в.) население Франции в течение восьми дней видело на Солнце большое черное пятно. Ученые того времени заявили, что это планета Меркурий. Их догадка была не такой уж глупой, поскольку Меркурий и в самом деле иногда проходит по диску Солнца, правда, он пересекает его всего за несколько часов.

С изобретением телескопа солнечные пятна поместили на поверхность Солнца, то есть туда, где они действительно находятся. Первое сообщение о результатах их наблюдений опубликовал в 1611 году немецкий астроном Иоганн Фабрициус. Примерно в то же самое время Солнце наблюдал в телескоп профессор математики (а по совместительству – иезуит) Кристоф Шейнер, который ввиду своей принадлежности ко всесильному Ордену преодолеть стену аристотелевского диктата о незапятнанности Солнца так и не смог. Получив от своего церковного начальства заверения в том, что ошибается либо его телескоп, либо его зрение, ученый, дабы не навлечь на свою голову обвинений в страшной ереси, предпочел отступить и послушно «забыл» о проведенных им исследованиях.

Менее сговорчивым оказался Галилео Галилей.

В 1612 году, комментируя наблюдения Фабрициуса в своих письмах, он подробно описал неправильную форму солнечных пятен, их возникновение, распад, перемещение по диску Солнца и, что самое главное, – подчеркнул, что пятна представляют собой явления, происходящие на поверхности Солнца, но никак не тела, обращающиеся вокруг оного.

После авторитетного заявления Галилея ученые принялись за усиленное изучение непонятной «оспы», портящей лик нашего светила. В 1613 году Иоганн Кеплер высказал предположение, что «изменчивость пятен указывает на их облачную природу, но... земные аналогии здесь мало могут помочь». В XVIII веке солнечные пятна считали темными вершинами, проглядывающими сквозь фотосферу Солнца во время «отливов» светящегося вещества. Затем появилась мысль, что солнечные пятна являются отверстиями в фотосфере. Эта догадка близка к современным представлениям, но сейчас известно, что солнечные пятна – это не дыры в фотосфере, а более холодные, хотя и достаточно яркие ее участки; они кажутся темными лишь по сравнению с окружающей чрезвычайно яркой поверхностью.

Что же касается периодичности появления солнечных пятен, то люди ставили в прямую зависимость от них бесчисленные проявления земной жизни, в первую очередь – погоду, а также голод, мор, болезни, войны, то есть, по сути дела, в этом явлении отыскивался удобный «козел отпущения», ответственный за всяческие несчастья. Так, засуху в Италии 1632 года связывали с отсутствием пятен на Солнце. В те же годы, когда лик Солнца бывал ими усеян, урожаи славились своей обильностью, цены на пшеницу понижались, а деревья росли быстрее.

В 1870 году профессор Иельского университета Элиас Лумис установил связь Магнитных бурь и числа наблюдаемых полярных сияний с периодичностью солнечных пятен, что в то время объяснить никто не мог. Долгие годы ученые оставались в полном неведении относительно того, как может Солнце, отстоящее от Земли на расстояние 150 млн. км, «трясти» ее магнитное поле и зажигать полярные сияния... Американский космолог Джордж Гамов в своей книге «Звезда, названная Солнцем» немного иронически замечает, что «число рысьих шкурок, приобретаемых Компанией Гудзонова залива, возрастает, когда на Солнце много пятен. Возможно, это происходит потому, что в такие периоды полярные сияния бывают ярче и предоставляют больше возможностей для благоприятной охоты во время долгих полярных ночей». Еще более поразительным и странным представлялось совпадение максимума солнечных пятен с французской и русской революциями, обеими мировыми войнами и корейским конфликтом.

Безусловно, между солнечными и земными явлениями существует много тонких связей. Если Солнце в состоянии стимулировать рост деревьев, то нельзя исключать вероятность того, что, как говорил Шекспир, «в деятельности людей существуют приливы» – приливы с периодичностью в 11 лет...

Выявил и убедительно обосновал наличие 11-ти и 22-летних солнечных циклов профессор А. Чижевский, опередив свое время на 50 лет и попав за это в ГУЛАГ. Он определил связь возникновения на Земле различных социальных и биологических катастроф со «скользящим» 11-летним циклом солнечной активности, который значительно усиливается через каждые 22 года. Однако стройной теории, объясняющей такую взаимозависимость, на сегодняшний день не существует. Правда, есть гипотезы. В частности, гипотеза Роберта Брейсуэла из Калифорнийского университета, который много лет изучает циклы солнечных пятен. Более или менее надежные данные о солнечных пятнах имеются приблизительно с 1800 года. На основе этих данных можно сделать вывод, что активность Солнца, измеренная «числом пятен», различна в различных циклах, то есть максимум одного 11-летнего цикла отличается от максимума следующего или предыдущего. Брейсуэл и ряд других ученых полагают, что в жизни Солнца есть и другие, более продолжительные циклы.

Так что же представляют собой солнечные пятна, которые не без основания считаются самым заметным проявлением активности? Оказывается, это промежутки между гранулами, составляющими фотосферу Солнца, только непомерно разросшиеся. По контрасту с очень яркой фотосферой пятна кажутся темными, хотя тоже светятся, то есть излучают энергию. Температура средней части пятна (самой темной и самой «холодной») около 4500°.

Солнечные пятна возникают в виде маленьких темных пор, имеющих в поперечнике около двух тысяч километров. За несколько дней пятно увеличивается в размерах и через две недели достигает своего максимального развития. Обычное солнечное пятно имеет в поперечнике 50 тыс. км, что в 4 раза больше диаметра Земли! Большое пятно может достигнуть значительно больших размеров – до 130 тысяч километров. Большие пятна «живут» около трех месяцев, рядовые – несколько дней. Каждое пятно имеет темную центральную область, называемую тенью, которая окружена сероватым облаком – полутенью – как бы волокнистого строения со следами завихрения вокруг центра пятна.

Важнейшая особенность пятен – наличие в них сильных магнитных полей, достигающий в области тени наибольшей напряженности. В целом пятно представляет собой выходящую в фотосферу трубку силовых линий магнитного поля, целиком заполняющих одну из нескольких ячеек хромосферной сетки. Верхняя часть трубки расширяется, и силовые линии в ней расходятся, как колосья в снопе.

Большей частью пятна появляются группами, изменяются, распадаются на отдельные части, исчезают. В основном пятна появляются вблизи экватора Солнца. Движение пятен на Солнце происходит с разной скоростью: чем дальше от экватора, тем скорость движения пятна меньше. Это говорит о том, что Солнце вращается не как твердое, а как газообразное тело. (Области вблизи солнечного экватора совершают полный оборот вокруг своей оси за 27 земных суток; около полярной зоны – за 34.)

Самое большое солнечное пятно

В 1947 г. наблюдалось солнечное пятно, имевшее площадь 18 млрд. км 2 .