Текст книги "Мир астрономии. Рассказы о Вселенной, звездах и галактиках"

Автор книги: Лев Мухин

сообщить о нарушении

Текущая страница: 16 (всего у книги 17 страниц)

Великий узбекский астроном Улугбек (1394–1449).

До середины XIX века усилия астрономов были сосредоточены на наблюдениях поверхности Солнца. (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 – 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 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.

Солнце. По наблюдениям А. Кирхера и П. Штайнера. 1635 год.

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 – вспышку, продолжавшуюся около пяти минут. Сам Кэррингтон полагал, что вспышка вызвана падением большого метеорита на Солнце.

Об этом открытии вспомнили более чем через полвека, когда в руках астрономов была уже более со вершенная 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.

Чтобы каким-то образом представить себе общие свойства Солнца, посмотрим на схематическое изображение его структуры. Здесь можно увидеть изменение температуры и плотности в зависимости от радиуса нашей звезды, способы переноса излучения, а также «деление» Солнца на различные зоны. Масштаб здесь не выдержан, эта схема дает лишь чисто качественную картину. (См. стр. 196.)

Фотосфера

Фотосферу удобно рассматривать как внешний, поверхностный слой Солнца, видимый в белом цвете. Этому слою можно приписать температуру 6700 K.

Слой этот по сравнению с другими довольно тонкий даже по нашим земным меркам, он простирается примерно на 500 километров, сливаясь, с одной стороны, с зоной конвекции, а с другой – с хромосферой. Поразительной особенностью фотосферы является так называемая грануляция, о которой мы уже упоминали чуть выше. Гранулы – это многоугольники на поверхности фотосферы, пересеченные узкими темными прожилками. Размеры гранул порядка тысячи километров, живут они несколько минут, сменяясь потом другими гранулами. Именно поэтому и возникло довольно удачное сравнение с кипящей рисовой кашей.

Уже чисто интуитивно напрашивается ответ на вопрос о природе подобных образований. Если каша кипит, то мы должны иметь дело с конвекцией.

И действительно, если мы начнем путешествие вместе с квантами излучения из центральных районов Солнца к его поверхности, то сначала ни кванты, ни воображаемый путешественник не будет испытывать заметных трудностей. Температуры там высоки, непрозрачность мала, и кванты без труда «просачиваются», диффундируют к поверхности.

С понижением температуры начинается рекомбинация электронов и ядер атомов в ионы, которые могут уже взаимодействовать с фотонами, в частности, поглощать их. Ясно, что непрозрачность при этом сильно возрастает.

Однако звезда должна «сбрасывать» энергию, выделяющуюся в ее недрах, если бы этого не было, она просто бы взорвалась. И вот здесь в игру вступает другой, уже известный нам механизм переноса энергии – конвекция, когда горячие элементы всплывают и отдают свое избыточное тепло окружающей среде, подогревают ее. Ну а вещество, которое опускается при конвективном перемешивании, холоднее окружающей среды, почему и кажется (при тех температурах, с которыми мы имеем дело) более темным. Поэтому можно считать, что разделяющие гранулы темные полосы – участки поверхности фотосферы.

Конвективная зона на Солнце начинается выше уровня, где значение радиуса достигает 0,85 полного радиуса Солнца. Здесь эффективность конвекции очень велика, она переносит почти весь поток солнечной энергии, хотя сама эта зона содержит всего около двух процентов массы Солнца.

Итак, грануляция фотосферы – типичное конвективное движение. Скорость этого движения около 300 метров в секунду, разница в температурах между светлыми и темными участками примерно 300 K.

В конвективной зоне происходит еще один удивительный процесс, имеющий большое значение не только для фотосферы, но и для хромосферы, и для короны Солнца. Что же это такое?

Еще раз вернемся к явлениям конвекции и грануляции. На первый взгляд может показаться, что и тот, и другой процессы должны быть совершенно хаотическими. Образование каждой ячейки, так же как и в кипящей рисовой каше, должно происходить случайно. Оказалось, однако, что это не так. В 1960 году было обнаружено, что вся поверхность в некоторых участках слоя, расположенного над верхней границей конвективной зоны, поднимается и опускается относительно некоторого среднего положения, смещаясь при этом на высоту примерно 25 километров. Причем горизонтальный размер области, которая поднимается и опускается, достигает 50 тысяч километров!

Долгое время это явление не находило объяснения. В последние годы картина все-таки прояснилась. Оказалось, что Солнце, вернее – его конвективная зона, работает как гигантский орган, генерируя акустические волны. Этот факт имеет огромное значение не только потому, что в руках астрофизиков появился новый метод изучения и фотосферы и конвективной зоны Солнца. «Пятиминутные» колебания переносят энергию в верхние слои атмосферы Солнца, определяя во многом происходящие в них процессы.

В последние годы в Крымской обсерватории под руководством академика А. Северного открыты более длиннопериодные колебания Солнца. Они носят глобальный характер. Здесь уже двигается вся «поверхность» Солнца в целом. Период этих колебаний составляет 160 минут.

Так как колебания охватывают весь раскаленный газовый шар, звезду, они, по всей видимости, также могут немало сказать о структуре недр Солнца. Однако объяснить природу этих колебаний сегодня нелегко, даже не учитывая причин их возбуждения. Более того, в рамках современных представлений о внутреннем строении Солнца и протон-протонном цикле внутри его теоретические оценки дают значение периода колебаний нашей звезды не 160, а 130 минут.

Таким образом, не только проблема солнечных нейтрино омрачает настроение теоретиков. Один из крупнейших специалистов в области исследования Солнца, А. Северный, полагает даже, что совокупность нерешенных вопросов может привести к «новому фундаментальному пересмотру наших представлений о внутренних процессах на Солнце». Он отмечает, что на сегодняшний день есть три «трещины» в фундаменте знаний о нашем светиле. О двух из них мы уже знаем. Это проблема борных нейтрино (в реакциях их образования участвует бор) и только что упоминавшиеся 160-минутные колебания.

Что касается третьей «трещины», то она, по всей видимости, не столь опасна, как две предыдущие. Связана эта «трещина» с противоречием, на первый взгляд очевидным, между палеоклиматическими и геологическими данными и следствиями, вытекающими из теории внутреннего строения Солнца. Вспомним, в чем состоит суть дела.

Если современные представления о внутреннем строении Солнца справедливы, то с того времени, как Солнце «село» на главную последовательность, и до настоящего момента его светимость должна была увеличиться примерно на 30 процентов. Но тогда мы должны были 3–4 миллиарда лет назад «иметь» очень холодную Землю, сплошь покрытую льдом. В то же время геологические данные неопровержимо свидетельствуют о том, что уже 3,8 миллиарда лет назад на Земле были океаны, была жизнь. В этом парадоксе некоторые астрофизики усматривают серьезный камень преткновения для теории внутреннего строения Солнца. Но на самом деле парадокс этот совсем не носит устрашающего характера. Он без труда разрешается в рамках теории возникновения и эволюции атмосфер планет.

Посмотрим, как это делается. Сначала обратим внимание на тот принципиальный факт, что при дегазации из недр Земли на поверхность прежде всего выделяется вода и углекислый газ. Об этом свидетельствуют множество анализов состава вулканических газов и газов, содержащихся в магматических породах – базальтах. По оценкам разных авторов, отношение массы воды к выделившемуся из мантии углекислому газу – от 4:1 до 10:1. То есть углекислоты поступает достаточно много. Именно углекислый газ, интенсивно поглощающий тепловые инфракрасные лучи, мог создать парниковый эффект, хотя Солнце грело плохо.

Гранулированная структура фотосферы Солнца.

Чтобы не быть голословным в дальнейших рассуждениях, нужно рассчитать температуру поверхности Земли 4,5 миллиарда лет назад. Атмосфера тогда была разреженной, а ее давление в сто или тысячу раз меньше, чем нынче. Если это так, то среднюю температуру поверхности Земли нетрудно вычислить как функцию ее альбедо (отражательной способности).

Альбедо Земли, почти лишенной атмосферы, по аналогии с Луной и Меркурием можно принять за 0,1. И тогда мы получаем, что, если светимость Солнца была на 40 процентов ниже сегодняшней, температура поверхности Земли составляла 33° ниже нуля по Цельсию.

Постепенно атмосфера становилась массивнее. По мере выделения летучих компонентов из магмы наружу пары воды, замерзая, окутывали планету мощным слоем сверкающего льда и снега. Альбедо росло, и поэтому температура поверхности снижалась. Но нет худа без добра: основным компонентом земной атмосферы становился углекислый газ. И он, создавая парниковый эффект, начал подогрев. С ростом концентрации CO₂ в атмосфере поверхность Земли потихоньку разогрелась и льды начали таять.

Можно подсчитать, сколько CO₂ должно было накопиться в атмосфере, чтобы подогреть поверхность до 0 °C. Расчет гипотетического парникового эффекта был сделан известным советским астрофизиком В. Морозом. Такой расчет не прост, точной цифры не получишь. Поэтому в конце концов были найдены верхний и нижний пределы критического давления углекислого газа, давления, при котором начинается таяние льдов.

Мороз предположил, что альбедо Земли из-за того, что ее окутало снежное одеяло, изменилось от начального 0,1 до 0,45. Конечно, и эта цифра условна, потому что из-за неровностей рельефа и меняющейся облачности истинную величину альбедо почти невозможно определить. Но нам важно понять общее направление процесса.

Итог таков. Наименьшее давление углекислоты, при котором наступит таяние льда и снега, равно 0,3 атмосферы.

Что же происходит дальше? При выделении из мантии 10¹³ граммов углекислоты в год (полагают, что именно так оно и было) давление 0,3 атмосферы будет достигнуто через 440 миллионов лет. Затем начинается таяние, и альбедо быстро уменьшается, потому что отражательная способность воды меньше, чем у льда и снега. Становится немного теплее. Но, увы, углекислый газ начинает покидать атмосферу, происходит его растворение в воде, выщелачивание базальтов, образование карбонатов…

Потеря газа не может длиться долго, потому что с уменьшением количества углекислоты в атмосфере поверхность Земли остывает до нуля. Планету снова окутывают снег и лед. Вот мы и пришли к великим циклическим оледенениям, не раз сковывавшим поверхность Земли.

Идет время, становится теплее, оледенения повторяются, уменьшая амплитуду и длительность, пока все ярче разгорающееся Солнце не подогреет Землю и не уменьшит количества углекислого газа в атмосфере до уровня, близкого к современному: углекислоту поглотит океан.

Правда, мы не учли весьма важного обстоятельства: жизнь, возникшая на Земле 3,5 миллиарда лет назад, могла внести свои поправки и в баланс углекислого газа в атмосфере, и в углеродные циклы оледенения.

Нижняя возможная граница атмосферного содержания CO₂ в цикле оценена нами в 1,5 × 10²¹ граммов. Самое неопределенное в уравнении этого баланса – время жизни молекулы CO₂ в океане (от момента попадания в воду до перехода в молекулу известняка). Но миллиона лет на это явно хватит. И расчеты строились на этом щедром допущении.

Отсюда и вывод: характерное время циклических оледенений на примитивной Земле было около миллиона лет.

Бесспорно, что конкретные цифры, полученные в этих оценках, несут на себе печать некоторого произвола. Однако поскольку эти оценки основаны на хорошей физике, они в принципе полностью цементируют одну из «трещин» в теории Солнца.

Закончив наше небольшое отступление, посвященное одной из загадок Солнца, вернемся снова к фотосфере, вернее – к «дефектам» сферы света. Эти дефекты – пятна на Солнце, пожалуй, самые легкие для наблюдения объекты из всех явлений, связанных с нашим светилом. О них очень много известно, но тем не менее специалисты считают, что до сих пор мы не можем понять два основных факта, прямо касающихся пятен: почему пятна темные и почему они вообще существуют. Ответ на первый вопрос может показаться очевидным, поскольку разгадку может дать любой человек, мало-мальски знакомый с физикой.

«Разумеется, – ответит он, – пятна темные, так как они холодные». Этот ответ будет абсолютно правильным, пятна холоднее окружающей фотосферы на 1500–2000 K. Но почему они холодные?

Ясно, что тем или иным образом дело здесь связано с магнитными полями. Вообще говоря, магнитные силовые линии в сравнительно слабых полях как бы «вморожены» в вещество и следуют за ним при всех его движениях. Это понятно, так как при высоких температурах фотосферы мы имеем хорошую проводимость вещества. Но в области пятен магнитные поля в тысячи раз сильнее, чем среднее магнитное поле Солнца, и поэтому ряд исследователей считает, что сильные магнитные поля в области пятна подавляют конвективные движения, вещество как бы приклеивается к магнитным силовым линиям, и это тормозит восходящие и нисходящие потоки вещества.

Однако подобное объяснение сталкивается с целым рядом трудностей. Отнюдь не все специалисты разделяют эту точку зрения, и проблему понижения температуры фотосферы в области пятен никоим образом нельзя считать полностью решенной.

Пятна редко появляются в одиночку, обычно возникает сразу группа пятен. Иногда в области пятен можно наблюдать магнитное поле одной полярности, иногда группы пятен биполярны. Интересно, что пятна имеют небольшие собственные движения на диске Солнца.

Появлению пятен в активной области предшествует рождение факела – более яркой области фотосферы. Затем уже в районе факела можно увидеть темные поры. Разрастаясь, они сливаются друг с другом в пятно. Диаметр пятна составляет 10–15 тысяч километров, но, как мы уже говорили, бывают и более крупные пятна. Пятна, по всей видимости, вращаются быстрее, чем окружающий их газ.

Очень интересны результаты анализа поведения пятен за историческое время. Этот анализ показал, что начиная с 1645 по 1715 год, то есть в течение 70-летнего промежутка времени, циклы солнечной активности практически исчезли. С 1672 по 1704 год в северном полушарии Солнца пятен не было видно совсем! Этот период времени был назван маундеровским минимумом.

Схема строения Солнца.

Удивительно, что дифференциальное вращение поверхностных слоев Солнца в течение нескольких лет перед маундеровским минимумом было в три раза больше обычного. Вдобавок этот период времени (минимум) совпал с так называемым «малым ледниковым периодом» – чрезвычайно холодной погодой в северном полушарии. Внутренняя связь всех этих явлений не представляется очевидной, но ясно лишь одно – сюрпризы и загадки астрофизики находятся не только в глубинах Вселенной, но и прямо перед нашими глазами.

Явления, связанные с пятнами на Солнце, не ограничиваются одной лишь фотосферой. Так, например, «плюмажи» интенсивного излучения, имеющие форму замкнутых петель, уходят в корону. Но о короне позже. А сейчас мы поговорим о следующем за фотосферой слое Солнца хромосфере.

Хромосфера

Больше 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, долгоживущие 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 вспышек на Солнце.

Солнечные протуберанцы.

Короткоживущие протуберанцы связаны с вспышками на Солнце и с пятнами. Такие протуберанцы представляют собой веерообразные выбросы, где вещество движется со скоростью до двух тысяч километров в секунду. Нередко после 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 активности Солнца, 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 магнитные линии прогибаются под его тяжестью, но тем не менее не дают ему возможности упасть обратно в хромосферу.

Солнечные протуберанцы. Структура типа «примятой арки» в хромосфере.

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 пятна, протуберанцы или 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 K, то есть на 1 K 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 короной, и мы сейчас спустимся чуть пониже.

Естественно, возникает вопрос об источнике нагрева хромосферы и короны. 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 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 Ленинграда, 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 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 вспышек. По интенсивности вспышки оцениваются по трехбалльной системе в зависимости от их яркости. Самая яркая вспышка имеет 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 вспышки. Администрация одной обсерватории решила вопрос с зарплатой наблюдателей просто и «мудро». Она платила за вспышку в 1 балл пять монет, за вспышку в два балла 10 монет, ну а за вспышку в три балла 15 монет. Нужно ли говорить о том, что данные этой обсерватории отличались огромным количеством сильных вспышек!

Связь вспышек с магнитными полями активных областей Солнца сейчас точно установлена. Посмотрим, что же такое активные области.

На Солнце существуют так называемые пояса 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 пятна, вспышки и факелы. Области проявления вариаций солнечного магнетизма называются активными областями. Размеры их колеблются от десяти тысяч до сотен тысяч километров. Кроме пятен и 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.