Фізика Сонця. Частина перша.
Відомо, що сталість сонячного випромінювання протягом мільярдів років існування Землі можна пояснити лише тим, що Сонце являє собою своєрідний термоядерний реактор. Мрія вчених про управління реакціями перетворення елементів з метою звільнення величезних запасів енергії атомних ядер здавалася тому близькою до здійснення завдяки самому факту існування Сонця. Однак між його глибинними і поверхневими шарами знаходиться величезна товща більш холодного (хоча і розжареного до десятків і сотень тисяч градусів) газу, в якому ці реакції не відбуваються. Тільки промениста енергія може пробитися крізь масу газу і покинути світило при вже досить скромній температурі близько 6000 градусів. Тому фахівці з атомної фізики стали втрачати інтерес до Сонця, покладаючи всі свої надії лише на земні лабораторії. І тільки за недавній час завдяки новим успіхам науки посилився інтерес геофізиків і фізиків до сонячних явищ, стала очевидною важливість і актуальність вивчення Сонця всіма доступними сучасній науці способами.
ПРО СУЧАСНІ СПОСТЕРЕЖЕННЯ СОНЦЯ
У астрономічних обсерваторіях найбільш повні і найбільш важливі для геліофізики (фізики Сонця) результати виходять за допомогою великих спектрографів з високою роздільною силою, які встановлюються при телескопах. Вивчаючи інтенсивність (контури) спектральних ліній різних елементів, ми отримуємо оцінки температури, тиску газів, концентрації вільних електронів, середню швидкість хаотичного руху газу (турбулентну швидкість) у тому чи іншому сонячному утворенні та інші показники фізичних процесів, що відбуваються на Сонці .
Широке поширення набула також кінозйомка Сонця через світлофільтри, що пропускають світло тільки однієї якої-небудь спектральної лінії. Такі прилади, звані інакше інтерференційно-поляризаційними світлофільтрами, були під час Міжнародного геофізичного року майже на всіх астрофізичних обсерваторіях і вживалися для сповільненої зйомки Сонця в червоній лінії водню. У світлі цієї лінії видно особливо багато утворень, що виникають на різних рівнях над видимою поверхнею Сонця – фотосферою. Отримані за допомогою автоматичних кінокамер кінофільми можуть бути спроектовані на екран, на якому глядач побачить, як розвивалося на Сонці те чи інше явище. Зйомка може тривати кілька годин, а фільм на екрані займе за часом всього кілька хвилин. Для аналогічних досліджень застосовуються і інші прилади – спектрогеліоскопи і спектрогеліограф, а також пряме фотографування фотосфери.
Цікавий додатковий матеріал до спостережень в ділянках спектру, доступних дослідженню методами оптики, дають вимірювання радіовипромінювання Сонця. В даний час великі антени зі складним прийомним пристроєм (радіотелескопи) встановлені в багатьох обсерваторіях. Спостереження ведуться на хвилях завдовжки від декількох міліметрів до кількох метрів. Найбільші антени дозволяють виділяти із загального радіовипромінювання Сонця випромінювання від окремих найбільш яскравих областей і вимірювати його, визначаючи таким чином температуру газу або вивчаючи особливості виникаючих у ньому коливань. Коли температура газу велика і становить не менше 10 тисяч градусів, то він виявляється хорошим провідником (так як він складається з часток з негативними і позитивними зарядами), і його називають часто електричною плазмою. За характером коливань, що виникли в плазмі, можна судити про причини, що викликали ці коливання, однією з яких може бути потік швидких заряджених частинок, який проривається крізь неї.
МАГНІТНІ ПОЛЯ НА ПОВЕРХНІ СОНЦЯ
Наші уявлення про фотосферу як про майже непрозоре газове середовищі, кордон якого приблизно може вважатися видимою поверхнею Сонця, не зазнали істотних змін. У фотосфері існує слабке магнітне поле з напруженістю в кілька Ерстед. Ще недавно деякі вчені вважали його полем диполя. Інакше кажучи, Сонце уявляли собі намагніченою кулею, північний і південний полюси якої збігаються з полюсами магніту.
Однак останні роботи астрономів показали, що Сонце не є таким простим магнітом. Точні вимірювання напруженості магнітного поля на поверхні Сонця, зроблені в США Бебкоку, дозволили зробити висновок, що спільного магнітного поля на поверхні Сонця немає. На поверхні Сонця виявилося багато магнітних полюсів різних знаків, причому найсильніші з них збігаються з сонячними плямами. Це середнє магнітне поле Сонця, з дослідження угорського астронома Чаду, не схоже на поле диполя.
Кожна півкуля Сонця (північна і південна) є самостійним магнітом, один полюс якого збігається з полюсом Сонця, а другого полюса в буквальному сенсі слова немає. Замість нього поблизу екватора існує намагнічене кільце з протилежною полярністю. Так, якщо полюс володіє північною полярністю, то це кільце має південну полярність. Є всі підстави вважати, що в різні епохи сонячної активності середнє магнітне поле Сонця різне. Тепер стає зрозумілим походження цього магнітного поля. Воно так само, як і магнітні поля плям, викликається рухом газових мас в надрах Сонця. Вперше на можливість такого пояснення магнітних полів плям вказали російські астрофізики Л. Е. Гуревич і А. І. Лебединський. Тепер вчені мають можливість стежити за глибинними процесами по картах магнітних полів на поверхні Сонця.
АКТИВНІ ДОВГОТИ
Багато суперечок ще недавно виникало серед астрофізиків про те, чи з’являються плями більш-менш випадково на всіх меридіанах Сонця або ж вони можуть протягом тривалого часу (рік-два) виникати на одному і тому ж місці. Так як магнітні поля плям володіють великою сталістю, то можна уявити собі, що іноді пляма, зникаючи з поверхні Сонця, не руйнується, а просто занурюється в глибину і через деякий час може знову опинитися на поверхні. Довготи тих меридіанів, на яких плями можуть з’являтися найчастіше (з огляду на те, що частина зниклих плям «спливає» знову до поверхні), отримали назву активних довгот.
Питання про існування активних довгот має велике практичне значення для геофізики. Якщо при обертанні Сонця навколо осі активна довгота виявляється проти Землі, то ймовірність знаходження плям поблизу центру видимого сонячного диска виявляється найбільшою. З групами плям пов’язані і всі інші явища на Сонці, в тому числі ті, які впливають на атмосферу і магнітне поле Землі.
Знаючи факт існування активних довгот, можна покращувати методи прогнозу сонячних явищ А передбачати сонячні явища, як це не важливо для геофізики, астрономи ще як слід не вміють. Все, що хоча б в слабкому ступені допомагає поліпшити сонячні прогнози, дуже цінно для науки.
Автор: В. Крат.