Текст книги "Солнце"

Автор книги: Эрих Юбелакер

сообщить о нарушении

Текущая страница: 3 (всего у книги 4 страниц)

Что такое солнечные факелы?

Рядом с солнечными пятнами на фотосфере наблюдаются особенно яркие области. Именно поэтому им дали название факелы.

Они примерно на 2000° горячее, чем районы, их окружающие, и часто встречаются по соседству с пятнами. Особенно хорошо видны факелы на краю Солнца.

Над фотосферными факелами расположены хромосферные факелы, особенно горячие и активные области хромосферы. Это красочное явление заслуживает того, чтобы быть изображенным каким-либо художником.

Факелы живут дольше, чем солнечные пятна, и принадлежат к долгоживущим образованиям на поверхности Солнца.

Магнитное поле играет большую роль при возникновении многих явлений на Солнце.

Если бы пять солнечных пятен решили посоревноваться и обежать вокруг Солнца наперегонки, как бегуны на дистанцию 400 м, то через месяц среднее пятно, близкое к экватору, было бы западнее всех. Пятна, расположенные севернее и южнее его, «отстают» из-за более медленного вращения Солнца на высоких широтах.

Если пятно, на которое мы смотрим, расположено примерно в середине солнечного диска, то оно совершит полный оборот вокруг Солнца за 25 дней. Но только через 28 дней мы увидим его опять в середине диска, так как Земля за это время переместится по своей орбите.

Вращается ли Солнце вокруг своей оси?

Земля совершает один оборот вокруг своей оси за неполных 24 часа. За время одного оборота проходят день и ночь. А как бы мог установить длительность одного оборота нашей планеты вокруг своей оси наблюдатель на Луне? Он посчитал бы, например, сколько раз за неделю мимо его взора пройдет Америка. Мы можем поступить точно так же, если хотим определить время вращения Солнца вокруг своей оси. Для этого мы должны определить время обращения большого долгоживущего солнечного пятна. Если каждый день наблюдать группу пятен, то можно заметить, что она движется с востока на запад. Значит, Солнце вращается в эту сторону вокруг своей оси. Кроме того, во вращении Солнца есть одна особенность. На экваторе оборот Солнца завершается быстрее, чем на высоких широтах. Это происходит потому, что Солнце – газовый шар. Земля, например, не может так вращаться: ее твердое тело на всех широтах вращается с одинаковой угловой скоростью.

На экваторе Солнце совершает один оборот за 25 земных суток, на 30-м градусе северной или южной широты – уже за 26,5 суток, на широте 40 градусов – более чем за 27 суток, а в полярных областях один оборот Солнца вокруг своей оси продолжается 30 суток. Если бы Земля вращалась, как Солнце, то в Индонезии сутки длились бы 22 часа, в Берлине – 23, а в Гренландии – 24 часа.

Солнце поворачивается вокруг своей оси за время, примерно равное месяцу. Скорости его оборота на разных широтах отличаются. Такое явление называют дифференциальным движением. С Земли движение Солнца кажется немного замедленным, так как за месяц наша планета проходит часть пути по своей орбите и Солнце должно еще немного повернуться, чтобы «догнать» ее.

Движение солнечных пятен убеждает нас в том, что Солнце вращается вокруг своей оси.

ВНЕШНИЕ СЛОИ СОЛНЦА

Что видит человек при полном солнечном затмении?

Над фотосферой – поверхностью Солнца, видимой невооруженным глазом, – расположены другие газовые слои: хромосфера и корона. Они очень горячие, но настолько разреженные, что на фоне плотной и яркой фотосферы мы их обычно не видим. В момент полного солнечного затмения Луна закрывает фотосферу. И тогда несколько минут на фоне темного звездного неба мы наблюдаем удивительную картину: светящийся венец вокруг «черного Солнца». Это внешние слои нашей центральной звезды. Особенно хорошо видны при полном солнечном затмении хромосфера, корона и протуберанцы.

Внешние слои Солнца.

Что такое хромосфера?

Когда при полном солнечном затмении Луна закрывает яркую фотосферу, расположенная над ней хромосфера становится видимой.

Она светится очень красивым красным цветом. Протяженность этого слоя около 8000 км. Его температура увеличивается с высотой от 4000° до 500 000°. Но хромосфера такая разреженная, что ее яркость все же очень мала. Хромосферный слой не имеет гладкой поверхности: на его верхней границе постоянно происходят горячие выбросы, называемые спикулами. Если наблюдать хромосферу в телескоп, то можно подумать, что смотришь на горящие прерии.

В наше время нет никакой необходимости ждать полного солнечного затмения для наблюдения хромосферы.

После долгих экспериментов ученые разработали специальный оптический фильтр, который прекрасно пропускает свет, излучаемый этим слоем. Использование его дало ощутимые результаты. При наблюдениях было установлено, что грануляция доходит и до хромосферы. На ней, как и на фотосфере, также видны факелы, пятна и вспышки.

Так выглядит хромосфера, если ее наблюдать через специальный фильтр.

Что такое солнечные вспышки?

Часто, особенно когда на Солнце имеются большие группы пятен, в хромосфере возникает мощный поток излучения. Его называют извержением или вспышкой.

В наши дни появилась возможность наблюдать вспышки при помощи специальных фильтров. За несколько минут в маленькой области высвобождается энергия в 100 000 биллионов кВт/ч. Вспышки вызывают изменения в магнитном попе Земли. Из-за них учащаются полярные сияния и возникают помехи в радиосвязи. Но прямой угрозы для нашей жизни, хотя в прессе и бывают сенсационные сообщения на эту тему, они не представляют.

Верхний край хромосферы неровный и имеет огненные выступы.

Вспышка, сфотографированная с помощью так называемого Н-фильтра. Он пропускает только красный свет водорода, в котором хромосфера светит особенно ярко.

Что такое протуберанцы?

В моменты полных солнечных затмений невооруженным глазом можно часто наблюдать конусообразные или дугообразные всполохи света, похожие на языки пламени, высоко взвивающиеся из хромосферы. Это протуберанцы. Что же такое протуберанцы на самом деле?

Относительно плотные облака газа с температурой 20 000°. Они значительно ярче, чем окружающие их области со слабым излучением. Протуберанцы могут иметь разные формы, отличаются по размерам и долготе жизни. Скажем, есть долгоживущие стационарные протуберанцы, которые нередко можно видеть в течение месяца. А кроме того, существуют быстро меняющиеся активные протуберанцы. Такое многообразие явлений возникает благодаря магнитному полю. Например, стационарные протуберанцы оно стягивает подобно корсету.

Активный протуберанец. В этом случае происходит мощный выброс вещества.

Типичный протуберанец имеет высоту примерно 40 000 км и ширину 200 000 км.

Но существуют и дугообразные протуберанцы длиной 800 000 км. Некоторые протуберанцы достигают рекордной высоты в 3 000 000 км.

Различные виды протуберанцев можно сегодня наблюдать не только в момент полного солнечного затмения, но в любое время при помощи специальных фильтров и телескопов.

Стационарный протуберанец. Магнитные силовые линии стягивают ярко светящийся мост вещества длиной 800 000 км. По сравнению с ним наша Земля является маленьким шариком.

Что такое корона?

Корона – последняя внешняя оболочка Солнца. Несмотря на ее очень высокую температуру, от 600 000 до 5 000 000°, она видна невооруженным глазом только во время полного солнечного затмения. Плотность вещества в короне мала, а вместе с тем невелико и число светящихся частиц. Поэтому сияет корона не столь ярко. Необычайно интенсивный нагрев этого слоя вызван магнитным эффектом и воздействием ударных волн. Они вырываются из фотосферы со сверхзвуковой скоростью и снабжают энергией внешнюю атмосферу Солнца.

Солнечная корона, видимая только во время полного солнечного затмения.

Форма короны меняется в зависимости от цикла солнечной активности. В периоды максимальной активности, когда много пятен, она круглая, а в минимуме – вытянута вдоль солнечного экватора.

В последнее время благодаря космическим аппаратам и спутникам появилась возможность наблюдать то излучение короны, которое не проходит через земную атмосферу. Поскольку температура короны очень велика, у нее особенно интенсивно рентгеновское излучение. Но вообще излучение в разных местах короны происходит неравномерно. Существуют горячие активные и спокойные области, а также корональные дыры с температурой 600 000°, то есть относительно невысокой. Из этих дыр в пространство выходят магнитные силовые линии. Они не имеют замкнутой формы и не стягивают вещество.

Поэтому в корональных дырах особенно много частиц покидает Солнце. Поток частиц, исходящий из корональных дыр, мы называем солнечным ветром.

Солнечная корона в минимуме активности Солнца (слева) и в максимуме (справа).

Корона в рентгеновских лучах. Специальные методы позволяют увидеть корону в этом диапазоне. Температура одной области внешней оболочки Солнца резко отличается от температуры другой.

Что такое солнечный ветер?

Солнце испускает не только волновое излучение, но и поток заряженных частиц, в частности протонов (ядер атомов водорода) и электронов.

Этот поток частиц, называемый солнечным ветром, исходит со скоростью от 300 до 1800 км/сек.

Представьте, что из-за такого истечения вещества Солнце в год теряет 30 биллионов тонн своей массы! Но для нашей звезды это не много. За 5 миллиардов лет жизни Солнце потеряло из-за солнечного ветра лишь одну десятитысячную долю своей массы. Источником наиболее интенсивного потока частиц являются корональные дыры. Образно выражаясь, здесь Солнце «широко распахивает ворота» для исходящих частиц. При вспышках солнечный ветер усиливается, ускоряется и может привести к заметным помехам на Земле. Это сверхэнергичное космическое излучение не проникает сквозь земную атмосферу, но может быть опасным, а в редких случаях даже смертельным, для космонавтов на орбите.

Солнечный ветер стал видимым: поток частиц образует хвост кометы, выдувая газы из ее тела.

Американские астронавты ловили частицы солнечного ветра специальным парусом.

СОЛНЦЕ, ЗЕМЛЯ, ЧЕЛОВЕК

Что такое магнитная буря?

Как и у многих небесных тел, у Земли есть магнитное поле. Его силовые линии проходят с севера на юг и дают нам возможность ориентироваться с помощью компаса. Вдали от поверхности Земли ее магнитное поле искажается солнечным ветром. На дневной стороне Земли, повернутой к Солнцу, оно сжато, а на ночной стороне – растянуто.

Сопротивляясь напору солнечного ветра, магнитное поле отклоняет в сторону большую часть его частиц и заслоняет нас от опасного потока. Вообще, магнитное поле служит для нас основной защитой: оно предохраняет все живое на Земле от космических лучей. За мощной вспышкой на Солнце следует внезапное усиление солнечного ветра.

А это в свою очередь вызывает возмущение земного магнитного поля и обычно приводит к магнитной буре.

В такие моменты наше магнитное поле сжимается еще больше, а пролетающие мимо Земли частицы солнечного ветра создают дополнительное магнитное поле. Магнитные бури вызывают помехи в телефонной и радиорелейной системах связи. Изменение магнитного поля Земли создает так же сильные электрические токи в проводах линий электропередачи, отчего сгорают огромные трансформаторы. Многие измерительные приборы показывают неверные результаты. Таким образом, магнитные бури приводят к значительным экономическим потерям.

Однако благодаря работе ученых о приближении магнитной бури мы теперь знаем заранее.

Магнитное поле Земли деформируется солнечным ветром.

Что такое радиационные пояса?

Большинство частиц солнечного ветра наталкиваются на земное магнитное поле и отклоняются от Земли. Но есть частицы, которые проникают внутрь магнитного поля и собираются в двух поясах. Иногда их называют по имени ученого, открывшего первый из них, поясами Ван Аллена. Но чаще употребляется название «радиационные пояса». Находящиеся в них высокоэнергичные частицы создают реальную радиационную угрозу для космонавтов и приборов космических кораблей. Эти пояса были обнаружены спутниками на высотах 4000 и 16 000 км. Оба пояса насчитывают в ширину многие тысячи километров и имеют довольно размытые границы.

Попавшие в них частицы солнечного ветра движутся по спирали вокруг силовых линий магнитного поля Земли от полюса к полюсу. Иногда частицы соударяются с молекулами земной атмосферы и погибают. Тогда пропавшие частицы заменяются новыми, поступившими от Солнца.

Частицы солнечного ветра, перехваченные магнитным полем Земли, движутся взад-вперед в радиационных поясах, охватывающих Землю (внутренний пояс – красный, внешний – голубой)

Может ли Солнце помешать радиосвязи?

Наша атмосфера имеет много слоев. Над тропосферой, где формируется погода, и стратосферой расположена ионосфера. Здесь из-за влияния солнечного излучения находится много заряженных частиц. Ионосфера имеет три слоя, которые обозначают буквами D, Е и F. Слой D лежит на высотах от 50 до 90 км, Е растянулся от 90 до 130 км, a F – от 130 почти до 1000 км. Слои Е и F – это своеобразное «зеркало» для радиоволн длинного, среднего и коротковолнового диапазонов. Они отражают посылаемые с поверхности нашей планеты радиоволны обратно на Землю. Благодаря этому можно осуществлять радиосвязь на большом расстоянии. Чем больше излучения посылает нам Солнце, тем больше заряженных частиц появляется в ионосфере.

«Радиозеркало» ионосферы действует тогда почти безукоризненно. Иногда случается в такое время поймать радиотелефонный разговор нью-йоркского таксиста в Европе. Под слоями, отражающими радиоволны, лежит слой D, который в отличие от них ослабляет радиоволны. Временами этот поглощающий слой из-за усиленного рентгеновского излучения Солнца становится столь непроницаемым, что почти ни один радиосигнал не может проникнуть к отражающим слоям ионосферы. Международная радиосвязь может быть из-за этого значительно нарушена.

Ионосфера отражает радиоволны и позволяет осуществлять радиосвязь между странами и континентами.

Что такое озонный слой?

Обычный кислород, вдыхаемый человеком и животными, состоит из молекул – маленьких частиц, содержащих два атома кислорода. На высоте от 15 до 50 км ультрафиолетовое излучение Солнца расщепляет эти молекулы на отдельные атомы. Каждый из них может прилипнуть к нормальной молекуле кислорода. Тогда возникает новый вид кислорода, называемый озоном. Его молекулы состоят уже из трех атомов. Озон имеет чрезвычайно важное свойство поглощать ультрафиолетовое излучение. А оно представляет большую опасность для всего живого на Земле. Только благодаря озонному слою, который особенно плотен на высоте от 20 до 30 км, зародилась жизнь на материках.

Если бы 500 миллионов лет назад не возник этот защитный слой, то сегодня существовали бы только морские животные: ведь их предохраняет вода, которая тоже поглощает ультрафиолетовое излучение. Сильный поток частиц во время солнечных вспышек может на какое-то время ослабить озонный слой.

По мнению ученых, загрязнение окружающей среды также приводит к медленному разрушению озонного слоя.

Что такое полярное сияние?

Большинство частиц солнечного ветра отклоняется земным магнитным полем и не достигает земной поверхности. Но, как мы знаем, некоторые из них могут проникать в деформированное магнитное поле. Эти частицы собираются в «хвосте» магнитного поля и в радиационных поясах над ночным полушарием Земли, где временно задерживаются. Но внезапно частицы могут начать стремительное движение вдоль силовых линий к Земле и в полярных областях проникают в верхние слои атмосферы. После соударения частиц радиационных поясов с молекулами воздуха те начинают излучать свет. Так возникают полярные сияния. Похожим образом электронный луч в телевизионной трубке возбуждает свечение атомов на экране. Полярные сияния бывают разного цвета и формы. Они могут иметь форму луча или дуги, блуждающего света или медленного тления. Чаще всего их наблюдают в той части северного полушария, которая включает в себя северные области Скандинавии, Канаду и Аляску. Иногда полярное сияние можно увидеть и в Центральной Европе. Здесь оно возникает как красное мерцание в северной части неба.

Порой это явление наблюдают и в Азии.

Видимо, раньше люди видели полярные сияния чаще. В деревни даже вызывали пожарные машины, так как казалось, что на севере случился большой пожар.

Теперь ночью города освещены столь ярко, что трудно заметить тусклый свет на небе. Разумеется, полярное сияние возникает и в южном полушарии. Но в этом случае нельзя называть его северным сиянием.

Полярное сияние в Норвегии и Канаде – обычное явление.

Зависит ли излучение Солнца от его возраста?

К счастью для обитателей Земли, Солнце уже миллионы лет светит почти одинаково. Ослабни солнечное излучение всего на 5 %, и начался бы новый ледниковый период! А если бы оно уменьшилось на 10 % – Земля оледенела бы полностью. Изменения солнечного излучения происходят не регулярно.

Иногда возникают кратковременные колебания в пределах 0,1 % и изменения, связанные с циклами солнечной активности. Но наряду с ними в последние столетия в жизни Солнца бывали и длительные периоды спокойствия, и бурные времена. Например, до нас дошли свидетельства астрономов прошлого о Солнце в период между 1650 и 1710 годами, который называют еще минимумом Маундера. В это время мощность излучения Солнца не достигала обычной величины. Чрезвычайно редко наблюдались полярные сияния и солнечные пятна. Зимы были долгими и очень холодными. В Европе дети на месяц дольше обычного могли кататься на санках и лепить снежных баб. Противоположным образом вело себя Солнце в Большом средневековом максимуме между 1100 и 1250 годами. Излучение Солнца было особенно мощным и активным. Климат настолько потеплел, что даже в Норвегии можно было возделывать виноградники, а на острове Гренландия, обычно покрытом льдом, зазеленела растительность. Если бы тогда уже у людей были телескопы, то они, очевидно, увидели бы на Солнце огромное количество пятен. Иногда пятна были столь велики, что их можно было различить и невооруженным глазом. Подобные факты приведены в дошедших до нас китайских рукописях XII века. Но пятна всего лишь свидетельствуют об «общем состоянии Солнца».

Чем больше пятен, тем больше выделяется энергии, чаще случаются мощные вспышки и усиливается солнечный ветер.

Есть предположение, что ледниковые периоды в истории Земли возникали из-за подобных, хотя более сильных колебаний в излучении Солнца. Конечно, тому существовало и много других причин, и деятельность Солнца – лишь одна из них.

Солнечная энергия помогает росту растений. А человек и животные существуют благодаря растениям, выращенным Солнцем. Его энергия идет также на преобразование растений в горючие полезные ископаемые: нефть и уголь.

Что делает Земля с солнечной энергией?

Около 36 % солнечной энергии отражается от облаков и земной поверхности, 19 % поглощается атмосферой, 30 % поглощают океаны, а 15 % – континенты. Затем вся поглощенная энергия излучается в виде тепла. Только 0,2 % солнечного тепла переходит в энергию ветра и морских бурь. И только 0,1 % солнечной энергии достаточно, чтобы каждый год на Земле вырастало 200 миллиардов тонн растительной массы. Мы едим фрукты, топим печи дровами, наслаждаемся ароматом цветов, используем морские водоросли для изготовления лекарств. Но все это растет на Земле с помощью Солнца. Частица солнечной энергии хранится и в самих растениях. То же верно для угля и нефти, которые называют горючими полезными ископаемыми. Они – продукты преобразования растительной массы и также возникли благодаря Солнцу.

БУДУЩЕЕ СОЛНЦА

Сколько времени еще будет светить Солнце?

Мы знаем, что наше Солнце имело запас топлива на 10–11 миллиардов лет. Для того чтобы предсказать, сколько еще времени Солнце будет светить, мы должны точно знать, какую часть жизни оно уже прожило. Каков же возраст Солнца? К сожалению, мы не знаем ни одной звезды, которая была бы его «ровесницей». Ведь звезды часто на протяжении миллиардов лет почти не меняются. Но нам известно, что планеты нашей системы возникли одновременно с Солнцем. Ученые установили, что древним земным камням, например метеоритам и лунным камням, не более 5 миллиардов лет. Значит, таков и возраст Солнца. Это подтверждается и другими исследованиями. Выходит, наша звезда прожила только половину своей жизни, и в течение, по крайней мере, 5 миллиардов лет может обеспечивать нас светом, теплом и питанием. Даже если люди будут жить еще 5 миллионов лет, Солнце будет достаточно «молодым», чтобы поддерживать их существование.

Исследуя лунные камни и метеориты, ученые определили возраст Солнца – 5 миллиардов лет.