Физика Солнца. Часть первая.

Солнце

Известно, что постоянство солнечного излучения в течение миллиардов лет существования Земли можно объяснить лишь тем, что Солнце представляет собой своеобразный термоядерный реактор. Мечта ученых об управлении реакциями превращения элементов с целью освобождения огромных запасов энергии атомных ядер казалась поэтому близкой к осуществлению благодаря самому факту существования Солнца. Однако между его глубинными и поверхностными слоями находится огромная толща более холодного (хотя и раскаленного до десятков и сотен тысяч градусов) газа, в котором эти реакции не происходят. Только лучистая энергия может пробиться сквозь массу газа и покинуть светило при уже весьма скромной температуре около 6 тысяч градусов. Поэтому специалисты по атомной физике стали терять интерес к Солнцу, возлагая все свои надежды лишь на земные лаборатории. И только за недавнее время благодаря новым успехам науки усилился интерес геофизиков и физиков к солнечным явлениям, стала очевидной важность и актуальность изучения Солнца всеми доступными современной науке способами.

О СОВРЕМЕННЫХ НАБЛЮДЕНИЯХ СОЛНЦА

В астрономических обсерваториях наиболее полные и наиболее важные для гелиофизики (физики Солнца) результаты получаются при помощи больших спектрографов с высокой разрешающей силой, которые устанавливаются при телескопах. Изучая интенсивность (контуры) спектральных линий различных элементов, мы получаем оценки температуры, давления газов, концентрации свободных электронов, среднюю скорость хаотического движения газа (турбулентная скорость) в том или ином солнечном образовании и другие показатели физических процессов, происходящих на Солнце.

Широкое распространение получила также киносъемка Солнца через светофильтры, пропускающие свет только одной какой-нибудь спектральной линии. Такие приборы, называемые иначе интерференционно-поляризационными светофильтрами, были во время Международного геофизического года почти на всех астрофизических обсерваториях и употреблялись для замедленной съемки Солнца в красной линии водорода. В свете этой линии видно особенно много образований, возникающих на различных уровнях над видимой поверхностью Солнца— фотосферой. Полученные при помощи автоматических кинокамер кинофильмы могут быть спроектированы на экран, на котором зритель увидит, как развивалось на Солнце то или иное явление. Съемка может длиться несколько часов, а фильм на экране займет по времени всего несколько минут. Для аналогичных исследований применяются и другие приборы — спектрогелиоскопы и спектрогелиографы, а также прямое фотографирование фотосферы.

Интересный дополнительный материал к наблюдениям в участках спектра, доступных исследованию методами оптики, дают измерения радиоизлучения Солнца. В настоящее время большие антенны со сложным приемным устройством (радиотелескопы) установлены во многих обсерваториях. Наблюдения ведутся на волнах длиной от нескольких миллиметров до нескольких метров. Самые большие антенны позволяют выделять из общего радиоизлучения Солнца излучение от отдельных наиболее ярких областей и измерять его, определяя таким образом температуру газа или изучая особенности возникающих в нем колебаний, Когда температура газа велика и составляет не менее 10 тысяч градусов, то он оказывается хорошим проводником (так как он состоит из частиц с отрицательными и положительными зарядами), и его называют часто электрической плазмой. По характеру колебаний, возникших в плазме, можно судить о вызвавших эти колебания причинах, одной из которых может быть прорывающийся сквозь нее поток быстрых заряженных частиц.

МАГНИТНЫЕ ПОЛЯ НА ПОВЕРХНОСТИ СОЛНЦА

Наши представления о фотосфере как о почти непрозрачной газовой среде, граница которой примерно может считаться видимой поверхностью Солнца, не претерпели существенных изменений. В фотосфере существует слабое магнитное поле с напряженностью в несколько эрстед. Еще недавно некоторые ученые считали его полем диполя. Иначе говоря, Солнце представляли себе намагниченным шаром, северный и южный полюсы которого совпадают с полюсами магнита.

Однако последние работы астрономов показали, что Солнце не является таким простым магнитом. Точные измерения напряженности магнитного поля на поверхности Солнца, произведенные в США Бебкоком позволили сделать вывод, что общего магнитного поля на поверхности Солнца нет. На поверхности Солнца оказалось много магнитных полюсов разных знаков, причем самые сильные из них совпадают с солнечными пятнами. Это среднее магнитное поле Солнца, по исследованию венгерского астронома Чада, не похоже на поле диполя.

Каждое полушарие Солнца (северное и южное) является самостоятельным магнитом, один полюс которого совпадает с полюсом Солнца, а второго полюса в буквальном смысле слова нет. Вместо него вблизи экватора существует намагниченное кольцо с противоположной полярностью. Так, если полюс обладает северной полярностью, то это кольцо имеет южную полярность. Есть все основания считать, что в разные эпохи солнечной активности среднее магнитное поле Солнца различно. Теперь становится понятным происхождение этого магнитного поля. Оно так же, как и магнитные поля пятен, вызывается движением газовых масс в недрах Солнца. Впервые на возможность такого объяснения магнитных полей пятен указали русские астрофизики Л. Э. Гуревич и А. И. Лебединский. Теперь ученые имеют возможность следить за глубинными процессами по картам магнитных полей на поверхности Солнца.

АКТИВНЫЕ ДОЛГОТЫ

Много споров еще недавно возникало среди астрофизиков о том, появляются ли пятна более или менее случайно на всех меридианах Солнца или же они могут в течение длительного времени (год-два) возникать на одном и том же месте. Так как магнитные поля пятен обладают большой устойчивостью, то можно представить себе, что иногда пятно, исчезая с поверхности Солнца, не разрушается, а просто погружается в глубину и через некоторое время может снова оказаться на поверхности. Долготы тех меридианов, на которых пятна могут появляться чаще всего (ввиду того, что часть исчезнувших пятен «всплывает» снова к поверхности), получили название активных долгот.

Вопрос о существовании активных долгот имеет большое практическое значение для геофизики. Если при вращении Солнца вокруг оси активная долгота оказывается против Земли, то вероятность нахождения пятен вблизи центра видимого солнечного диска оказывается наибольшей. С группами пятен связаны и все остальные явления на Солнце, в том числе те, которые влияют на атмосферу и магнитное поле Земли.

Зная факт существования активных долгот, можно улучшать методы прогноза солнечных явлений. А предсказывать солнечные явления, как это ни важно для геофизики, астрономы еще как следует не умеют. Все, что хотя бы в слабой степени помогает улучшить солнечные прогнозы, очень ценно для науки.

Автор: В. Крат.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *