Главная Фотогалерея Рефераты Новости Видеогалерея Статьи  
 
 
Содержание
 
   

Желтый карлик

      жёлтый карлик рисунокКогда мы говорим о звездах, прежде всего у нас возникает ассоциация с ночным небом, усеянным россыпями огней. Гигантские расстояния до звезд, измеряемые тысячами световых лет, завораживают разум человека. Мы уже привыкли ставить рядом со словом «звезды» слово «далекие». А между тем не надо забывать, что самая настоящая звезда находится буквально в «шаге» от нас. Правда, шаг этот астрономический, и равен он все-таки 150 миллионам километров.

     Желтый карлик - речь, как нетрудно догадаться, идет о нашем Солнце. Нет, наверное, другого небесного светила, которому поэзия уделяла бы столько внимания. А в то же время с точки зрения астрофизика наше Солнце ничем не выделяется среди звезд Галактики и примерно 1020 звезд главной последовательности в доступной наблюдениям Вселенной.
     Типичная звезда спектрального типа G2 имеет, пожалуй, лишь одну немаловажную особенность: в планетной системе этой звезды на третьей планете есть жизнь. И возможность существования этой жизни, и закономерность ее развития полностью зависят от Солнца. Вполне естественно, что заинтересованная сторона пытается понять его природу и происходящие на нем явления.
     Исследование Солнца обусловлено не только прикладным интересом к нему. Изучая эту звезду, мы открываем тем самым страницу в исследовании самых общих астрофизических процессов. Достаточно вспомнить проблему генерации ядерной энергии в звездах, которая была решена лишь потому, что перед астрономами и физиками стоял вопрос о причине светимости Солнца.
     Но следует помнить о том, что основные успехи в исследовании Солнца были достигнуты сравнительно недавно. В течение тысячелетий люди занимались главным образом наблюдениями за положением Солнца на небе, за его движением по небесному своду. Некоторые просвещенные мыслители древности полагали даже, что и Солнце и Луна каждый вечер потухают, а на следующий день их заменяют новые солнца и луны. Считалось также, что Солнце - прозрачный, как стекло, шар, получающий тепло и свет от некоего центрального огня «хестиа» и от огня, находящегося за пределами небесной сферы.
     Постепенно в древности сформировалось представление о том, что наше Солнце - «око мира» - небесное тело, состоящее из чистого света и огня. Эта точка зрения была поколеблена в XVII веке, когда телескопы обнаружили пятна на Солнце. Сначала их сравнивали со шлаками, по аналогии с расплавленным металлом, но затем постепенно стали появляться идеи о темном теле Солнца, окруженном океаном огня. Здесь тоже проводилась аналогия, но уже с Землей, окруженной океаном воды. В этой аналогии пятнам отводилась роль гор, возвышающихся над огненным океаном.
Однако более детальное изучение структуры пятен заставило астрономов отказаться от этой мысли. Пятна стали считать дырками в яркой оболочке, через которые можно, видеть темную поверхность Солнца.
       Поразительно, что великий Гершель в 1795 году предположил, будто Солнце (желтый карлик ) является обителью живых существ. Огненный океан расположен над ними, а плотный слой облаков защищает жителей Солнца от жары. В качестве аргумента против того, что жар может уничтожить жизнь на Солнце, Гершель указывал на понижение температуры в горах на Земле, то есть в областях поверхности, расположенных ближе к Солнцу. Гершель писал: «.оно (Солнце.- Л. М.), весьма вероятно, так же как и остальные планеты, населено живыми существами, органы которых приспособлены к особым условиям этого обширного небесного тела».
     Замечательно, что столь наивные, на наш взгляд, представления продержались в умах людей до второй половины XIX века, то есть до тех пор, когда появилось учение об энергии. Это является ярким свидетельством того, насколько физика отставала в те времена от наблюдательной астрономии.
  Лишь появление спектрального анализа дало возможность полностью пересмотреть представления о желтом карлике. Изучение фраунгоферовых линий солнечного спектра продемонстрировало поразительную вещь: эти линии совпадали с эмиссионными линиями многих элементов, присутствующих на Земле. Кирхгоф, измеривший положение фраунгоферовых линий поглощения в спектре Солнца, сделал абсолютно верное предположение о том, что химические элементы, встречающиеся на Земле, есть и в атмосфере Солнца. Таким образом, спектральный анализ предоставил казавшуюся еще недавно совершенно невероятной возможность установить химический состав далеких небесных тел.
     Как не вспомнить здесь еще раз высказывание О. Конта, который говорил о полной невозможности узнать химический состав и температуру звезд.
  Естественно, что новые открытия не могли не повлиять на представления об облике Солнца (желтый карлик ). Очень интересно, как «видел» Солнце сам Кирхгоф. Он считал, что это раскаленный шар очень высокой температуры, окруженный более холодной атмосферой, в которой земные элементы присутствуют в газообразном состоянии. Солнечные пятна, по Кирхгофу,- облака в этой атмосфере.
     Кирхгоф совершенно правильно говорил о том, что темный цвет пятен свидетельствует об их более низкой температуре. Не все ученые разделяли точку зрения Кирхгофа. Некоторые считали, что на месте солнечных пятен происходит истечение нагретого газа, который разрывает облачный покров.
Кстати говоря, к этому времени накопился огромный наблюдательный материал о солнечных пятнах. Основной вклад в этот материал был сделан, как мы уже говорили, аптекарем из Дессау Швабе. Сначала цель его наблюдений была совершенно иной: он хотел найти малую планету внутри орбиты Меркурия. И хотя никакой новой планеты открыть ему не удалось, имя его навсегда осталось в истории астрономии, поскольку именно он открыл, что количество пятен на Солнце меняется периодически. Как это случилось?
     Сравнивая данные своих наблюдений за многие годы, Швабе обнаружил, что в 1828 и 1829 годах не было ни одного дня, когда Солнце было бы абсолютно чистым. И наоборот, в 1833 и 1843 годах в течение половины всех дней наблюдений на Солнце вообще не было пятен. За 1828 год Швабе наблюдал 225 пятен, а в 1833 году лишь 33. За 1837 год Швабе насчитал 333 пятна, а за 1843-й - только 34.
      Швабе сделал заключение о том, что максимумы и минимумы повторялись примерно через 10 лет. Результат был проверен по историческим материалам, и вывод Швабе подтвердился. Свои результаты он опубликовал в 1851 году, и в этом же году появилось сообщение о том, что вариации магнитного поля Земли также имеют период в 10 лет, то же самое оказалось справедливым и для полярных сияний. Таким образом, связь процессов, происходящих на Солнце и на Земле, была установлена еще в прошлом столетии.

      В эти же годы изучение положения пятен на Солнце и вращения самого Солнца позволило открыть очень интересное явление. Оказалось, что пятно, находящееся у экватора, двигается быстрее, чем пятно, находящееся на широте 45°. Если первое совершало оборот за 25 дней, то второе только за 27,5 дня. Именно таким образом был установлен и период вращения Солнца, и тот факт, что Солнце вращается дифференциально. К тому же это означало, что пятна никак не могут быть районами твердого тела Солнца.
     Пятна на Солнце огромны. Некоторые из них превышают размеры земного шара. Они теснятся к экватору, избегая высоких широт Солнца. Пятна нередко располагаются симметрично относительно солнечного экватора. Кроме того, их положение зависит от солнечной активности. Если построить диаграмму зависимости широты пятен от времени, то получаются фигуры, напоминающие бабочек. По имени астронома, изучавшего солнечные пятна, эти фигуры получили название бабочек Д. Маундера.
       Для изучения Солнца еще в XIX веке использовали фотографию, с помощью которой удалось установить, что пятна на Солнце - самые дальние от нас образования, выше пятен расположены факелы. Видимую поверхность Солнца стали называть фотосфера (сферой света).
До середины XIX века было установлено, что фотосфера представляет собой отнюдь не сплошную поверхность. Эта видимая поверхность Солнца напоминает кипящую рисовую кашу. Иными словами, она имеет ячеистую, или гранулированную структуру. Астрономы многократно фотографировали эти структуры и назвали их гранулами.
     В начале XX века в Пулковской обсерватории установили, что средняя продолжительность жизни отдельных гранул составляет примерно 5 минут. Затем гранула распадается, и на ее месте появляется новое образование такого же типа.
     До середины XIX века усилия астрономов были сосредоточены на наблюдениях поверхности Солнца (желтый карлик). (Мы, конечно, должны все время помнить при этом, что никакой поверхности в общепринятом смысле этого слова Солнце не имеет.)
     В 1842 году произошло событие, которое существенно расширило представления человека о Солнце. Речь идет о полном солнечном затмении, наблюдавшемся на юге Франции и в Северной Италии. За ним последовали затмения 1851 и 1860 годов. Астрономы могли наблюдать лучистый венец Солнца - корону и розовые «облака» - протуберанцы.
     Вообще-то говоря, протуберанцы были известны человеку очень давно, упоминания о них мы находим даже в древнерусских летописях. В XVIII веке предполагалось, что протуберанцы на солнце  - облака, плавающие в атмосфере Луны. Но только в 1851 году астрономы увидели, что протуберанцы генетически связаны с тонкой розовой оболочкой, окружающей Солнце со всех сторон. Эта оболочка была названа хромосферой (сферой цвета).
     Естественно, что в наблюдениях сразу же использовали спектроскопию, причем широкому использованию этого метода помогло то обстоятельство, что, оказывается, можно было не ждать солнечного затмения, а просто направить щель спектроскопа на край незатмившегося Солнца. Это дало возможность наблюдать линии протуберанцев и изучать их поведение при полном дневном свете.
     И уже в конце XIX века наблюдения протуберанцев стали таким же обычным делом, как и наблюдения солнечных пятен. Заметим, что в России наблюдения за солнечными пятнами были организованы выдающимся русским астрономом Ф. Бредихиным.
     Итак, протуберанцы. Они появлялись на всех широтах вплоть до полярных районов Солнца. Особенно много их было в годы максимума пятен в низких широтах. Уже тогда было известно два основных типа протуберанцев: похожие на розовые облака «спокойные» протуберанцы, свободно плавающие над хромосферой, и «эруптивные», поднимающиеся как грандиозные фонтаны огня на колоссальную высоту, где они могли или рассеиваться, или как бы всасываться обратно в пятна.
     Протуберанцы могут иметь форму волокон. Бывает, что волокно «выдувается» из Солнца в гигантскую красивую арку. Протуберанец такой формы наблюдался астрономами США, и сотрудники обсерватории дали ему ласковое название «Дедушка».
     Самые разнообразные и причудливые формы - главная отличительная особенность протуберанцев.
       Один из пионеров в наблюдении протуберанцев, Ж. Жансен, писал: «Я составил карты протуберанцев, которые показывают, с какой скоростью (иногда за несколько минут) эти колоссальные массы газа изменяют свою форму и положение». Поскольку протуберанцы холоднее солнечной короны, долгое время считалось, что они как бы продолжение хромосферы. Теперь стало понятным, что некоторые протуберанцы действительно подобны хромосфере, зато другие обнаруживают свойства, промежуточные между хромосферой и короной.
      Во время солнечного затмения 1868 года, наблюдавшегося в Индии, ученые изучали спектры протуберанцев. В спектрах были отождествлены красная и зеленая линии водорода, а также желтая линия, которую поначалу приняли за линию натрия. Однако очень скоро выяснилось, что эта линия принадлежит не натрию, а элементу, который тогда еще не был известен на Земле. Этот элемент получил название «гелий» - солнечный.

       Некоторые протуберанцы тесно связаны еще с одним замечательным явлением на Солнце, открытым в 1859 году. Одним из соавторов этого открытия был астроном любитель Кэррингтон, который, кстати говоря, обнаружил впервые дифференциальное вращение Солнца. Так вот, наблюдая пятна на Солнце, он вдруг увидел в белом цвете Солнца мгновенное увеличение яркости - солнечные вспышки, продолжавшуюся около пяти минут. Сам Кэррингтон полагал, что солнечная вспышка вызвана падением большого метеорита на Солнце.
     Об этом открытии вспомнили более чем через полвека, когда в руках астрономов была уже более совершенная техника, с помощью которой обнаружили внезапные извержения на Солнце, сопровождавшиеся вспышками излучения водорода. В 1933 году заметили удивительное совпадение: по мере «затухания» вспышки на Солнце происходило затухание коротковолновой связи на Земле.
     Как правило, вспышки можно наблюдать в спектральных линиях водорода или какого-нибудь другого, но достаточно распространенного элемента на Солнце. Так что Кэррингтону, который наблюдал вспышку в белом цвете, в известной мере повезло, поскольку эта вспышка была чрезвычайно яркой.
Сегодня уже хорошо известно, что солнечные вспышки всегда связаны с пятнами. Именно они порождают сильные геомагнитные бури и полярные сияния на Земле, потоки частиц высоких энергий, а также мягкие космические лучи.
     Изучение спектральных линий позволило установить ряд замечательных фактов. Оказалось, например, что хромосфера имеет более высокую температуру, чем фотосфера, что солнечные пятна окружены факельными полями и что поверхность Солнца неоднородна, покрыта как бы ячеистой сеткой - гранулами.
И, наконец, в конце XIX века в районах, прилегающих к солнечным пятнам, были найдены замечательные образования, напоминающие спиральные ветви, вихри. Узоры, связывающие два пятна, были очень похожи по рисунку на расположение железных опилок вокруг полюсов магнита. Так было открыто существование сильных магнитных полей на Солнце.
     Особенно интересным оказался тот факт, что спиральные структуры вихрей, окружающих два соседних пятна, имели противоположные магнитные поля. Не менее замечательным было и то, что последовательность полярностей пар пятен в северном полушарии была обратной южному. В какой-то мере это напоминало поведение земных циклонов, имеющих противоположные направления вращения к северу и югу от экватора.
     В 1912 году после очередного минимума солнечных пятен оказалось, что полярность северного и южного полушарий поменялась, а во время очередного минимума в 1922 году снова произошло изменение полярности. Так, благодаря выдумке, упорству и терпению астрономов был накоплен огромный наблюдательный материал о Солнце. Не надо думать, однако, что все имеющиеся факты сразу получили правильное объяснение. Фундамент знаний о Солнце и по сей день имеет трещины. Достаточно вспомнить проблему солнечных нейтрино. Не меньше загадок задают и пятна на Солнце. Тем не менее сегодня мы в целом достаточно хорошо представляем себе происходящие на Солнце процессы, и это дает нам возможность перейти сейчас к их более подробному рассмотрению. Поскольку мы уже обсуждали с вами внутреннее строение звезд и в том числе Солнца, сейчас мы ограничимся рассмотрением «внешней стороны дела» - обликом нашего желтого карлика, властелина Солнечной системы.
 


   
Поиск
Rambler's Top100