Астрономия
Что мы знаем о Вселенной
Солнечная активность
Время от времени в солнечной атмосфере появляются активные области, число которых регулярно меняется с циклом в среднем около 11 лет. О возникновении активной области свидетельствуют солнечные пятна, наблюдаемые в фотосфере. Они возникают в виде маленьких черных точек - пор. За несколько дней поры превращаются в крупные темные образования. Обычно пятно окружено менее темной полутенью, состоящей из радиально вытянутых прожилок. Пятно кажется как бы "дыркой" на поверхности Солнца, но такой большой, что в нее свободно можно закинуть "мячик" размером с Землю.
Если наблюдать Солнце изо дня в день, то по перемещению пятен можно убедиться, что оно вращается вокруг своей оси и примерно через 27 суток то или иное пятно снова возвращается почти на то же место солнечного диска. На разных широтах скорость вращения Солнца различна, вблизи экватора вращение быстрее, а у полюсов медленнее.
До возникновения пятен на небольшом участке фотосферы появляется яркая область - факел, лучше всего наблюдаемая на краю диска Солнца. Факелы на несколько сотен Кельвинов горячее фотосферы. Атмосфера над факелами также горячее и плотнее. Пятна всегда окружены факелами, которые в центральной части солнечного диска почти незаметны.
По мере разрастания факела в активной области постепенно усиливается магнитное поле, особенно на некотором малом участке, где в дальнейшем может образоваться пятно. Пятна обладают сильным магнитным полем, останавливающим всякое движение ионизованного газа. Поэтому в области пятна под фотосферой прекращается обычная конвекция и тем самым прекращается дополнительный перенос энергии из более глубоких слоев наружу. Температура пятна оказывается примерно на 1000К ниже, чем окружающей фотосферы, на фоне которой оно кажется темным. Появление факела также объясняется магнитным полем, но только более слабым. Когда оно не способно остановить конвекцию, тормозится лишь беспорядочный характер движений поднимающихся струй газа в конвективной зоне. Поэтому в факеле горячие газы легче поднимаются из глубины и делают его ярче окружающей фотосферы.
Размеры и само местоположение активной области пятен и факелов тесно связаны с конвективной зоной: тень отдельного пятна покрывает одну или несколько ячеек промежуточного яруса конвективной зоны, расположенных, как правило, в узлах (местах пересечения границ) гигантских ячеек самого глубокого яруса. Обычно пятна возникают целыми группами, из которых выделяются два наиболее крупных пятна - одно на восточном, а другое на западном краю группы, обладающих противоположной полярностью магнитного поля. Такие группы пятен называются биполярными. Область, занятая всей биполярной группой, совпадает по размерам с гигантской ячейкой конвективной зоны.
В хромосфере и короне над активной областью наблюдается много очень интересных явлений. К ним относятся хромосферные вспышки и протуберанцы.
Вспышки - один из самых быстрых процессов на Солнце. Обычно они начинаются с того, что за несколько минут яркость в некоторой точке активной области, особенно в лучах, испускаемых атомами водорода и ионами кальция, сильно возрастает. Бывали очень сильные вспышки, которые по яркости превышали ослепительную фотосферу. После возгорания в течение нескольких десятков минут свечение постепенно ослабляется, вплоть до исходного состояния. Вспышки возникают из-за особых изменений магнитных полей, приводящих к внезапному сжатию вещества хромосферы. Происходит нечто подобное взрыву, и образуется направленный поток очень быстрых заряженных частиц и космических лучей. Этот поток, проходя через корону, увлекает с собой частицы плазмы; частицы приходят в колебание и испускают радиоволны.
Небольшая область, занятая вспышкой (всего лишь несколько сотен тысяч квадратных километров), создает очень мощное излучение. Оно состоит из рентгеновских, ультрафиолетовых и видимых лучей, радиоволн, быстрых частиц (корпускул), движущихся со скоростями в тысячи километров в секунду, и космических лучей. Все эти виды излучения оказывают сильное воздействие на земную атмосферу, особенно на верхние ее слои.
Ультрафиолетовые и рентгеновские лучи первыми достигают Земли, прежде всего верхних, ионизованных слоев ее атмосферы - ионосферы. От состояния земной ионосферы зависит распространение радиоволн и слышимость радиопередач. Под воздействием солнечных ультрафиолетовых и рентгеновских лучей увеличивается ионизация ионосферы. В нижних ее слоях начинают сильно поглощаться короткие радиоволны. Из-за этого происходит замирание слышимости радиопередач на коротких волнах. Одновременно ионосфера приобретает способность лучше отражать длинные радиоволны. Поэтому во время вспышки на Солнце можно обнаружить внезапное усиление слышимости далекой радиостанции, работающей на длинной волне.
Поток частиц - корпускул достигает Земли примерно лишь через сутки после того, как на Солнце произошла вспышка. "Продираясь" через солнечную корону, корпускулярный поток вытягивает ее вещество в длинные, характерные для ее структуры лучи.
Вблизи Земли поток корпускул встречается с магнитным полем Земли, не пропускающим заряженные частицы. Однако трудно остановить частицы, мчащиеся с огромной скоростью. Они прорывают преграду и как бы вдавливают магнитные силовые линии, окружающие земной шар. От этого на Земле происходит так называемая магнитная буря, заключающаяся в быстрых и неправильных изменениях магнитного поля. Во время магнитных бурь стрелка компаса совершает беспорядочные колебания и пользоваться им невозможно.
Подходя к Земле, поток солнечных частиц врывается в окружающие Землю слои очень быстрых заряженных частиц, образующих радиационные пояса. Пройдя эти пояса, некоторые солнечные частицы прорываются глубже, в верхние слои атмосферы, и вызывают очень красивые свечения воздуха - полярные сияния.
Таким образом, вспышки на Солнце приводят к важным последствиям и тесно связаны с различными явлениями, происходящими на Земле. В короне над активной областью также происходят интересные явления. Порой вещество короны начинает ярко светиться и можно видеть, как его потоки устремляются в хромосферу. Эти гигантские облака раскаленных газов, протяженностью в десятки тысяч километров, называются протуберанцами. Протуберанцы поражают разнообразием форм, богатой структурой, сложными движениями отдельных узлов и внезапными изменениями, которые сменяются длительными периодами спокойного существования. Протуберанцы плотнее и холоднее окружающей их короны и имеют примерно такую же температуру, как и хромосфера. На возникновение и движение протуберанцев влияют магнитные поля. По-видимому, эти поля - основная причина всех активных явлений, происходящих в солнечной атмосфере.
С магнитными полями связана цикличность солнечной активности. Ее легко заметить, если день за днем подсчитывать имеющиеся на Солнце пятна. В начале цикла пятен совсем или почти совсем нет. Эта эпоха называется минимумом. Затем пятна появляются вдали от солнечного экватора. Постепенно их число, а также количество биполярных групп увеличивается, и пятна возникают все ближе и ближе к экватору. Через 3-4 года наступает максимум солнечных пятен, отличающийся наибольшим количеством активных образований на Солнце. Затем солнечная активность постепенно спадает, и примерно через 11 лет наступает минимум.
На протяжении всего цикла солнечной активности сохраняется одна и та же последовательность полярности пятен биполярных групп, причем противоположная в северном и южном полушариях Солнца. Так, например, если в северном полушарии в течение всего цикла все западные пятна групп (называемые ведущими) имеют северную полярность, то восточные пятна (хвостовые) имеют южную полярность. В южном полушарии - наоборот. В следующем цикле последовательность полярностей обязательно меняется на противоположную.
Периодичность солнечной активности пока еще остается увлекательной загадкой Солнца. Только в последние годы удалось приблизиться к ее решению. По-видимому, она связана со сложным взаимодействием ионизованного вещества Солнца и общего его магнитного поля. Результат этого взаимодействия - периодическое усиление магнитных полей, приводящее к появлению солнечных пятен и других активных образований.
Солнце - одна из бесчисленных звезд, самосветящихся горячих газовых шаров. Поэтому, изучая Солнце, мы познаем процессы, которые должны происходить и на многих других звездах, из-за удаленности пока еще недоступных такому подробному изучению.
2i.SU ©® 2015