Главная Фотогалерея Рефераты Новости Видеогалерея Статьи  
 
 
Содержание
 
   

Солнечная хромосфера

      панорама солнечной хромосферыБольше всего солнечная активность проявляется в хромосфере - сфере цвета, имеющей красноватый оттенок, хорошо видный в момент, непосредственно предшествующий полному покрытию Солнца Луной. Именно в хромосфере разыгрываются наиболее впечатляющие и поражающие взор человека процессы. И хотя, следуя традиции изложения, следовало бы сначала поговорить о структуре хромосферы, давайте все-таки посмотрим на самое интересное явление на Солнце - протуберанцы. Они могут принимать разнообразнейшие формы, а поведение их нередко совершенно непредсказуемо, словно поведение капризной женщины.

       Протуберанцы во многом напоминают порождения Океана в романе С. Лема «Солярис». Есть спокойные, долго живущие протуберанцы, плавающие над Солнцем, словно облака. Эти облака имеют форму занавесок, частоколов, воронок, спокойных волокон. Такие протуберанцы способны существовать месяцами. Правда, они могут изменять свою форму после солнечных вспышек.
     Короткоживущие протуберанцы связаны с солнечными вспышеками с пятнами. Такие протуберанцы представляют собой веерообразные выбросы, где вещество движется со скоростью до двух тысяч километров в секунду. Нередко после солнечных вспышек и выбросов возникают протуберанцы, имеющие вид красивых, сложных дуг, замкнутых петель, дождя, а протуберанцы, примыкающие к солнечным пятнам, похожи на волокна. Структура волокон изменчива, но сами протуберанцы живут довольно долго, в течение нескольких дней. Очень часто вещество вытекает из протуберанца и по изящной дуге втекает в солнечное пятно.
       Ясно, что протуберанцы, как одно из проявлений солнечной активности , тесно связаны с магнитными полями. Их плотность существенно выше плотности окружающего вещества, и поэтому они в принципе не должны были бы существовать столь длительное время.
       Пусть в хромосфере образовалась магнитная структура типа «примятой арки». Такие вещи могут появляться в активных областях на границе раздела полярности поля. Суть процесса в том, что на краях «арки» газ нагревается сильнее, чем в центре. Уменьшение нагрева на вершине приводит к тому, что газ охлаждается, сваливается в яму магнитного поля и там уплотняется. Это и есть зародыш протуберанца. Он непрерывно растет по мере добавления к нему все новых и новых порций газа, а магнитые линии прогибаются под его тяжестью, но тем не менее не дают ему возможности упасть обратно в хромосферу. Такой механизм может за один день обеспечить появление над хромосферой довольно солидного протуберанца. Но не только структура поля типа «примятой арки» может обеспечить устойчивость протуберанца. К примеру, горизонтальные участки магнитного поля удерживают протуберанцы типа спокойных волокон. Мы видим, что практически все проявления солнечной активности, будь то солнечные пятна, протуберанцы или солнечные вспышки, так или иначе связаны с магнитными полями на Солнце.
     Феерическое зрелище протуберанцев не может оставить равнодушным того, кто хоть раз наблюдал это. Но наиболее мощным и сложным проявлением солнечной активности являются вспышки. Они характеризуются удивительным многообразием физических процессов. Здесь мы можем видеть и ядерные реакции и накопление огромного количества энергии с чрезвычайно быстрым последующим ее выделением. Достаточно сказать, что энергия вспышек в некоторых случаях эквивалентна взрыву сотен миллионов водородных бомб! Но давайте сейчас все-таки посмотрим, что представляет собой сама хромосфера - арена, на которой разыгрываются эти бурные события.
     Хромосфера - область между фотосферой и короной. Но сразу же следует сказать, что выражена она несколько нечетко. Эта нечеткость проявляется особенно наглядно в верхней хромосфере, которая довольно плавно, без видимых границ переходит в солнечную корону .
      Если задать неспециалисту «провокационный» вопрос, чья температура выше - фотосферы или хромосферы, наверное, ответ будет однозначен: фотосферы. Но этот ответ, хотя и построен на правильных общих предположениях, неверен. Оказывается, что над поверхностью фотосферы до высоты сто километров температура возрастает до 20 тысяч К, то есть на 1 К на каждые 5 метров! И чем выше, тем больше становится температура, на высоте 5 тысяч километров она достигает уже миллиона градусов. Однако эти высоты связаны с солнесной короной, и мы сейчас спустимся чуть пониже.
       Естественно, возникает вопрос об источнике нагрева хромосферы и короны солнца. Ведь действительно кажется по меньшей мере странным, что с удалением от центра Солнца, где расположены основные источники энергии, температура его внешних слоев начинает увеличиваться. Но против наблюдательных данных, как говорится, не пойдешь, и факт повышения температуры нужно было объяснять.
        Объяснение оказалось далеко не тривиальным. В хромосферу и солнечную корону накачивают энергию, необходимую для нагрева... акустические волны. Именно голос Солнца, о котором уже говорилось выше, и греет верхние слои Солнца. Не правда ли, несколько неожиданный вывод? Но это именно так. А кроме того, корона возвращает часть полученной ею энергии обратно в хромосферу, так что источники ее нагрева сегодня известны.

      Одно из самых интересных и красивых явлений в хромосфере - спикулы. Они наблюдались еще патером Секки, который сравнивал их с горящей прерией. На самом деле спикулы - это струи вещества, поднимающиеся вверх со скоростями 20-30 километров в секунду до высот более 6 тысяч километров. Другими словами, спикулы уходят в область солнечной короны.
     Наблюдаемый лес спикул - постоянная особенность хромосферы. Отдельные спикулы геометрически тонки - толщина многих из них меньше 500 километров. Конечно, понятие «тонкий» совершенно различно для Солнца и Земли. Мы говорим о тонких спикулах в атмосфере Солнца, но представьте себе столб раскаленной плазмы с диаметром основания, равным расстоянию от Москвы до Петрограда, а высотой с половину радиуса земного шара.
Некоторые ученые считают, что в каждый момент времени на Солнце имеется около полумиллиона спикул. Отдельные скопления спикул были названы «дикобразами».
       Спикулы генетически связаны с более глубокими, чем фотосферные гранулы, элементами конвекции. Это так называемая супергрануляция, размеры элементов которой достигают 3 тысяч километров. Это явление было открыто сравнительно недавно. Элементы супергрануляции живут уже не несколько минут, а сутки. Элементы супергрануляции, вернее  связанные с ними магнитные поля, воздействуют на хромосферу, инициируя в ней такие сложные структуры, как, в частности, спикулы. Система спикул, в свою очередь, образует в хромосфере более крупномасштабную структуру, называемую хромосферной сеткой.
       Поразительные явления, возникающие в хромосфере, еще таят в себе немало загадок. Но, пожалуй, самым масштабным и самым сложным из всех процессов на Солнце являются все таки солнечные вспышки, разговор о которых мы уже начинали. 
     Сегодня солнечные вспышки интересуют не только астрономов наблюдателей, но и геофизиков и космонавтов. Это и неудивительно, поскольку вряд ли какое-либо другое явление на Солнце оказывает столь сильное влияние на Землю, как солнечные вспышки.
     В настоящее время десятки станций, расположенных по всей Земле, непрерывно ведут службу Солнца (патрулирование), измеряют число, положение, площадь солнечных вспышек. По интенсивности солнечные вспышеки оцениваются по трехбалльной системе в зависимости от их яркости. Самая яркая солнечная вспышекимеет балл 3.
     В связи с этим я хочу рассказать забавную историю, связанную с началом патрулирования Солнца. Дело это было новое и нудное, поскольку, как говорится, нужно просто напросто ждать у моря погоды, ждать солнечных вспышек. Администрация одной обсерватории решила вопрос с зарплатой наблюдателей просто и «мудро». Она платила за вспышку в 1 балл пять монет, за солнечную вспышеку два балла 10 монет, ну а за солнечную вспышеку в три балла 15 монет. Нужно ли говорить о том, что данные этой обсерватории отличались огромным количеством сильных солнечных вспышек!
     Связь солнечных вспышек с магнитными полями активных областей Солнца сейчас точно установлена. Посмотрим, что же такое солнечная активность.
      На Солнце существуют так называемые пояса солнечной активности, расположенные к северу и югу от экватора. Именно в этих поясах наблюдаются сильные магнитные поля, которые нарастают и распадаются за время от суток до месяцев. В тех местах, где происходит нарастание напряженности магнитного поля, и происходят такие явления, как солнечные пятна, солнечные вспышки и факелы. Области проявления вариаций солнечного магнетизма называются активными областями. Размеры их колеблются от десяти тысяч до сотен тысяч километров. Кроме солнечных пятен и солнечных вспышек, активные области замечательны тем, что они излучают рентгеновские и ультрафиолетовые фотоны. Мало того, над активными областями иногда исчезает верхняя хромосфера!

      Структура активной области полностью определяется совокупностью магнитных полей в ней. Но что можно сказать о самих полях? Почему происходят такие сильные изменения в магнитных свойствах Солнца?
     На Солнце мы имеем дело с веществом, представляющим собой плазму - хороший проводник. Движение же проводника в магнитном поле всегда приводит к появлению электрического тока.
     Совершенно ясно, что токи эти, в свою очередь, вызывают изменение поля. Ну а поскольку, как мы знаем, на Солнце наблюдается весьма сложная картина движений плазмы - здесь и грануляция, и супергрануляция, дифференциальное вращение и многое другое,- она и приводит к сильной изменчивости магнитных полей, наиболее ярко проявляющихся в поясах активности.
       Магнитные поля на Солнце не предоставлены самим себе. Они тесно взаимодействуют с проводящим веществом, и в этом суть дела. При высокой проводимости поле «вмораживается» в плазму, магнитный поток остается постоянным, двигаясь вместе с плазмой. Для этого, конечно, нужно, чтобы плотность плазмы была достаточно высока. Так и случается в конвективной зоне, откуда магнитные поля как бы всплывают вместе с веществом к фотосфере. Далее, уже в атмосфере Солнца, и разыгрываются все процессы, связанные с аннигиляцией, перезамыканием полей различной полярности.
       Посмотрим теперь, что происходит на Солнце во время вспышки. Задолго до самой солнечной вспышки, в течение нескольких часов или даже суток, в активной области, в ее магнитных полях запасается избыточная энергия. Происходят процессы, внешне аналогичные закручиванию резинки в «двигателе» игрушечного самолета. Ситуации здесь действительно геометрически похожи - такие закрученные структуры нередко можно наблюдать в атмосфере Солнца, в районе областей сильного магнитного поля. В закрученных полях должны возникать токи, так как в них меняется направление поля.
       К тому же может случиться, что всплывшее поле имеет другую полярность, чем то, которое уже было на этом месте. Здесь тоже, разумеется, возникают токи. Именно таким образом и запасается энергия перед вспышкой.
      Сегодня принято считать, что главная причина появления солнечной вспышки лежит в очень быстрой перестройке магнитных полей, их перезамыкании. В области перезамыкания выделяется около половины общей магнитной энергии. Этого вполне хватает, чтобы обеспечить солнечную вспышку требуемой энергии и выбросить в солнечную корону нагретую плазму. Вообще говоря, чудовищная энергия магнитных полей высвобождается в виде взрыва, но этот взрыв длится иногда несколько минут, а то и сутки.
       Значительная часть энергии идет на ускорение электронов, скорость движения которых достигает половины скорости света. Движение таких электронов в магнитном поле и окружающем газе вызывает радиоизлучение и жесткое рентгеновское излучение. Эффекты, вызываемые солнечными вспышками, столь сильны, что они проявляются даже на нашей планете. Так, во время солнечных вспышек нарушается радиосвязь, или, наоборот, становится возможным прием удаленных телепередатчиков, или вдруг начинает приходить радиоизлучение от далеких гроз. Все эти вещи имеют не только научное, но и практическое значение, так как от этих эффектов, с одной стороны, зависит радиосвязьна Земле, а с другой стороны - космонавты в космосе практически ничем не защищены от жесткого излучения, сопровождающего солнечные вспышки.
       Советский ученый А. Чижевский провел огромную работу, пытаясь установить зависимость между солнечной активностью и частотой различных эпидемий на Земле. Он обнаружил удивительные закономерности. Вспышки различных болезней очень точно «отслеживают» изменения в солнечной активности.
     Труды Чижевского не сразу получили признание, хотя и до него ученые замечали, что активность Солнца связана с различными явлениями на Земле. Свою замечательную книгу «Земное эхо солнечных бурь» он написал на французском языке и впервые издал в Париже. Интересно, что одним из первых смелые идеи Чижевского оценил К- Циолковский.
     Следует сказать о том, что Чижевский не считал солнечную активность прямой причиной вспышек эпидемий и заболеваний. Он полагал, что деятельность Солнца «лишь способствует» развитию болезней на Земле.
Одна из глав его книги называется очень образно: «Спазмы Земли в объятиях Солнца». В этой главе он приводит перечень явлений в органическом мире Земли, связанных с изменениями в солнечной активности.
      Интересно, что еще В. Гершель отметил в 1801 году зависимость урожая зерновых от числа солнечных пятен. Поскольку хлеб все-таки вещь более нужная, чем вино, то лишь в 1878 году удалось выяснить, что количество и качество производимого в Германии вина тоже таинственным образом связано с пятнами на Солнце.

     Да что там вино! Чижевскому удалось установить, что от активности Солнца зависит частота несчастных случаев, преступлений, внезапных смертей, эпизоотии и падеж скота и целый ряд других явлений: уровень озер, грунтовых вод, сток рек, толщина донных отложений ила, количество льда в полярных морях, повторяемость засух, ураганов, ливней, годовые температуры.
     Удалось обнаружить 27-дневный цикл погоды. Но ведь период вращения Солнца вокруг собственной оси также равен примерно 27 дням.
  Многие считают, что солнечная активность и, в частности, хромосферные вспышки оказывают прямое воздействие на погоду. Но у этой идеи есть и свои противники.
     Да что там погода! Высказываются мысли о том, что с солнечной активностью связаны изменения скорости суточного вращения Земли! А ведь эти изменения могут вызывать такое грозное явление природы, как землетрясения. Кстати, от вращения планеты зависят и погода и климат.
     Чижевского можно с полным правом считать первым человеком, который перекинул мост между Солнцем и Землей. Его идеи оказались настолько плодотворными, что сейчас возникает новая отрасль науки - гелиобиология. У нас  различными вопросами гелиобиологии занимаются в частности в Крымской астрофизической обсерватории.
     Многие десятки обсерваторий всего мира осуществляют круглосуточный контроль за Солнцем. Кроме того, различная научная аппаратура для исследования Солнца запускается на шарах, зондах, самолетах, ракетах и спутниках. Радиотелескопы слушают радиоголос Солнца. Долгоживущие орбитальные станции типа «Салют», космические корабли «Беги» и «Вояджеры» имеют на борту приборы, давшие неоценимую информацию о межпланетном пространстве, плазме, солнечном магнитном поле, ударных волнах и т. д.


   
Поиск
Rambler's Top100