Атмосфера и излучение Солнца

В обычные телескопы видна только яркая поверхность, или фотосфера, Солнца и такие детали, как пятна, грануляция и яркие факелы (недолговечные светлые пятна неправильной формы на поверхности Солнца), лежащие над собственно фотосферой. Для изучения солнечной атмосферы нужны более сложные методы: невооруженным глазом (или в обычный телескоп) увидеть то, что окружает Солнце, можно лишь в редких случаях-при полном солнечном затмении, когда Луна полностью закрывает Солнце.

Протуберанцы и вспышки. Часть атмосферы Солнца, лежащая непосредственно над фотосферой, называется хромосферой («цветовой сферой») из-за своего характерного красноватого цвета. В этой же области находятся крупные и яркие протуберанцы. Для наблюдения протуберанцев используются приборы, основанные на принципе спектроскопа. Протуберанцы бывают двух основных типов: эруптивные и спокойные. Эруптивные протуберанцы пребывают в быстром движении. Наблюдались протуберанцы, поднимавшиеся более чем на 500 тыс. км над поверхностью Солнца. Спокойные протуберанцы намного устойчивее, они могут много дней «провисеть» в хромосфере, прежде чем разрушиться. Протуберанцы обоих типов чаще всего наблюдаются в периоды, близкие к максимумам цикла солнечной активности.

Протуберанцы часто связаны с крупными группами пятен. Активные группы порождают также «вспышки», которые обычно не видны в белом свете, хотя некоторые из них все же удавалось наблюдать. Вспышки быстротечны, но испускают как мощные потоки частиц, так и коротковолновое излучение. Эти потоки весьма ощутимо проявляются на Земле, прежде всего в виде магнитных бурь, т. е. возмущений магнитного поля Земли, влияющих на показания компаса, кроме того, жесткое излучение сказывается на радиосвязи. С ними связаны также красочные зрелища полярных сияний. Кроме вспышек, Солнце постоянно испускает во всех направлениях поток частиц низкой энергии, образующий так называемый солнечный ветер. Именно этот поток воздействует на хвосты комет, заставляя их направляться в сторону, противоположную Солнцу.

Солнце излучает не только видимый свет; оно, кроме того, является мощным источником инфракрасного (теплового) и ультрафиолетового излучений, а также радиоволн, рентгеновских и гамма-лучей. Исследование этих видов излучения с поверхности Земли затруднено из-за экранирующего действия атмосферы, но наши знания о них значительно расширились в результате наблюдений, проведенных с помощью искусственных спутников Земли и орбитальных космических станций.

Общую схему строения Солнца нельзя выдержать на рисунке в едином масштабе. В недрах Солнца (1) в ядерных реакциях вырабатывается энергия. Конвективная зона (2) прилегает снизу к сравнительно разреженной фотосфере (3), которая очень тонка и имеет достаточно резкие границы. В фотосфере появляются пятна (4), с ними связаны вспышки (5) и находящиеся в хромосфере протуберанцы (6). Температура в хромосфере возрастает от 6000°С в ее нижних слоях до более чем 50000°С в верхней части (здесь температура является лишь мерой скорости движения атомных частиц, а не означает какое- либо дополнительное «тепло»). В хромосфере расположены спикулы (7)- потоки высокотемпературного газа, вторгающиеся с большой скоростью в крайне разреженную корону (8). Размеры короны велики, из нее исходят корональные лучи (9)

Мощный эруптивный протуберанец наблюдался 4 июня 1946 г. в 16 ч 03 мин (А). Он принял форму дуги. К 17 ч 03 мин (Б) он поднялся на 322 тыс. км над поверхностью Солнца. К 17 ч 23 мин от этой огромной дуги мало что осталось (В); на рисунке виден распад протуберанца

Источник энергии. Хотя астрономы пока еще не в состоянии доказать большинство выдвинутых ими теорий, объясняющих природу Солнца, они хорошо представляют себе, как Солнце устроено. По мере приближения к ядру температура Солнца возрастает, достигая в центре шара-по современным оценкам-свыше 10 млн. градусов. Именно в этой области Солнца, которую можно назвать его «котельной», генерируется энергия.

Было бы неверно думать, что Солнце горит так же, как обычное горючее вещество. «Солнце», состоящее целиком из угля, а излучающее столь же интенсивно, как подлинное, не просуществовало бы сколько-нибудь долго по космическим масштабам, а астрономы уверены, что возраст Солнца по меньшей мере 5 млрд, лет (оно определенно старше Земли, возраст которой около 4,6 млрд, лет). Источник солнечной энергии связан с ядерными превращениями. Солнечное вещество в основном состоит из водорода. Вблизи центра Солнца, где температура и давление очень высоки, в ходе реакций ядерного синтеза из ядер водорода образуется второй из легчайших элементов-гелий. Для образования одного ядра гелия требуется четыре ядра водорода, при этом небольшое количество массы реагирующих ядер водорода теряется, преобразуясь в огромные количества энергии. Выделяющаяся энергия поддерживает излучение Солнца. Расход массы водорода составляет 4 млн. т/с. Эта величина может показаться огромной, но она ничтожна по сравнению с полной массой Солнца, в котором водорода достаточно для поддержания свечения Солнца на современном уровне по меньшей мере на протяжении еще 5 млрд, лет, а возможно, и дольше.

В конце концов запасы водорода начнут истощаться, и структура Солнца коренным образом изменится. По современным теориям, ему предстоит пройти через стадию красного гиганта, когда его светимость не менее чем в 100 раз превысит сегодняшнюю. Затем Солнце сожмется и превратится в маленькую плотную звезду-так называемый белый карлик.

Земля тоже не вечна. Она не сможет пережить стадию Солнца-красного гиганта; в конце концов она, как и другие внутренние планеты, несомненно, погибнет.

Этот солнечный протуберанец был сфотографирован со станции «Скайлэб». Снимок сделан в далекой ультрафиолетовой области спектра, и цвета на нем характеризуют интенсивность излучения. Красный цвет соответствует самому слабому излучению, далее идут желтый, голубой, пурпурный и наконец белый цвет-там, где активность наиболее высока

Эруптивный солнечный протуберанец сфотографированный со станции «Скайлэб», поднялся на огромную высоту. Из вершины протуберанца вещество, видимо, вновь спускается к поверхности Солнца

Исследования Солнца. Изучение Солнца ведется многими различными методами. Особую роль здесь играет радиоастрономия - метод наблюдений в длинноволновой области электромагнитного спектра. С появлением радиоастрономии выяснилось, что Солнце-сильный радиоисточник. Исследования рентгеновского и гамма-излучения Солнца начались значительно позднее, поскольку для этого нужны приборы, работающие за пределами земной атмосферы, препятствующей таким наблюдениям.

О протяженности солнечной атмосферы велось немало споров. За хромосферой расположена корона, она исключительно разрежена и не имеет определенной границы-просто постепенно истончается, превращаясь в солнечный ветер. Солнце как небесное тело намного разнообразнее и сложнее, чем думали когда-то, однако, по-видимому, оно является типичной звездой.

Самые эффектные образования на Солнце - протуберанцы, представляющие собой потоки горячего газа. Спокойные протуберанцы целыми днями и даже неделями могут «висеть» в хромосфере, вздымаясь над поверхностью Солнца до высоты около 32 тыс. км. Этот снимок сделан с помощью 10-см рефрактора с фильтром Лио. Протуберанцы другого основного типа, эруптивные,- тонкие языки горячего газа, нередко достигающие высот 400 тыс. км Они чаще появляются в тех областях, где есть солнечные пятна. Изобретение коронографа (1930) дало возможность непрерывно фотографировать протуберанцы, которые иначе можно было бы наблюдать лишь во время полных затмений