Что такое солнечные пятна на солнце. Что такое солнечные пятна? Что известно науке о пятнах на Солнце

Возникновение

Возникновение солнечного пятна: магнитные линии проникают сквозь поверхность Солнца

Пятна возникают в результате возмущений отдельных участков магнитного поля Солнца. В начале этого процесса пучок магнитных линий «прорывается» сквозь фотосферу в область короны и тормозит конвекционное движение плазмы в грануляционных ячейках, препятствуя в этих местах переносу энергии из внутренних областей наружу. Первым в этом месте возникает факел, чуть позже и западнее – маленькая точка, называемая пора , размером несколько тысяч километров. В течение нескольких часов величина магнитной индукции растет (при начальных значениях 0,1 тесла), и размер и количество пор увеличивается. Они сливаются друг с другом и формируют одно или несколько пятен. В период наибольшей активности пятен величина магнитной индукции может достигать 0,4 тесла.

Срок существования пятен достигает нескольких месяцев, то есть отдельные пятна могут наблюдаться в течение нескольких оборотов Солнца вокруг себя. Именно этот факт (движение наблюдаемых пятен вдоль солнечного диска) послужил основой для доказательства вращения Солнца и позволил провести первые измерения периода обращения Солнца вокруг своей оси.

Пятна обычно формируются группами, однако иногда возникает одиночное пятно, живущее всего несколько дней, или два пятна, с направленными из одного в другое магнитными линиями.

Первое возникшее в такой двойной группе называется P-пятно (англ. preceding) старейшее – F-пятно (англ. following).

Только половина пятен живут больше двух дней, и всего десятая часть переживает 11-дневный порог

Группы пятен всегда вытягиваются параллельно солнечному экватору.

Свойства

Средняя температура поверхности Солнца около 6000 С (эффективная температура – 5770 К, температура излучения – 6050 К). Центральная, самая темная, область пятен имеет температуру всего около 4000 С, наружные области пятен, граничащие с нормальной поверхностью, - от 5000 до 5500 С. Несмотря на то, что температура пятен ниже, их вещество все равно излучает свет, хоть и в меньшей степени, чем остальная поверхность. Именно из-за этой разницы температур при наблюдении и возникает ощущение, что пятна темные, почти черные, хотя на самом деле они тоже светятся, однако их свечение теряется на фоне более яркого солнечного диска.

Пятна – области наибольшей активности на Солнце. В случае, если пятен много, то существует высокая вероятность того, что произойдет пересоединение магнитных линий – линии, проходящие внутри одной группы пятен, рекомбинируют с линиями из другой группы пятен, имеющими противоположную полярность. Видимым результатом этого процесса является солнечная вспышка. Всплеск излучения, достигая Земли, вызывает сильные возмущения ее магнитного поля, нарушает работу спутников и даже оказывает влияние на расположенные на планете объекты. Благодаря нарушениям магнитного поля увеличивается вероятность возникновения северных сияний в низких географических широтах. Ионосфера Земли также подвержена флуктуациям солнечной активности, что проявляется в изменении распространения коротких радиоволн.

В годы, когда пятен на солнце мало, размер Солнца уменьшается на 0,1%. Годы в промежутке между 1645 и 1715 (минимум Маундера), известны глобальным похолоданием, и называют малым ледниковым периодом.

Классификация

Пятна классифицируют в зависимости от срока жизни, размера, расположения.

Стадии развития

Локальное усиление магнитного поля, как было сказано выше, тормозит движение плазмы в конвекционных ячейках, тем самым замедляя вынос тепла на поверхность Солнца. Охлаждение затронутых этим процессом гранул (примерно на 1000 С) приводит к их потемнению и формированию единичного пятна. Некоторые из них исчезают через несколько дней. Другие развиваются в биполярные группы из двух пятен, магнитные линии в которых имеют противоположную полярность. Из них могут сформироваться группы из множества пятен, которые в случае дальнейшего увеличения области полутени объединяют до сотни пятен, достигая размеров в сотни тысяч километров. После этого происходит медленное (в течение нескольких недель или месяцев) снижение активности пятен и уменьшение их размеров до маленьких двойных или одинарных точек.

Самые крупные группы пятен всегда имеют связанную группу в другом полушарии (северном или южном). Магнитные линии в таких случаях выходят из пятен в одном полушарии и входят в пятна в другом.

Цикличность

Реконструкция солнечной активности за 11000 лет

Солнечный цикл связан с частотой появления пятен, их активностью и сроком жизни. Один цикл охватывает примерно 11 лет. В периоды минимума активности пятен на Солнце очень мало или нет вообще, в то время как в период максимума их может наблюдаться несколько сотен. В конце каждого цикла полярность солнечного магнитного поля меняется на противоположную, поэтому правильнее говорить о 22-летнем солнечном цикле.

Длительность цикла

11 лет – приблизительный промежуток времени. Хотя в среднем он длится 11,04 года, бывают циклы длиной от 9 до 14 лет. Средние значения также меняются на протяжении столетий. Так, в 20 веке средняя длина цикла составила 10,2 года. Минимум Маундера (наряду с другими минимумами активности) говорят, что возможно увеличение цикла до порядка в сотню лет. По анализам изотопа Be 10 в гренландских льдах получены данные, что за последние 10000 лет было более 20 таких долгих минимумов.

Длина цикла непостоянна. Швейцарский астроном Макс Вальдмайер утверждал, что переход от минимума к максимуму солнечной активности происходит тем быстрее, чем больше максимальное количество солнечных пятен, зарегистрированное в этом цикле.

Начало и конец цикла

Пространственно-временное распределение магнитного поля по поверхности Солнца.

В прошлом началом цикла считался момент, когда солнечная активность пребывала в точке своего минимума. Благодаря современным методам измерений стало возможно определять изменение полярности солнечного магнитного поля, поэтому сейчас за начало цикла принимают момент изменения полярности пятен.

Циклы идентифицируются по порядковому номеру, начиная с первого, отмеченного в 1749 Johann Rudolf Wolfом. Текущий цикл (апрель 2009) имеет номер 24.

В 19 веке и приблизительно до 1970 года существовала догадка, что существует периодичность изменения максимального количества солнечных пятен. Эти 80-летние циклы (с наименьшими максимумами пятен в 1800-1840 и 1890-1920 гг.) в настоящее время связывают с процессами конвекции. Другие гипотезы говорят о существовании еще больших, 400-летних циклов.

Литература

• Физика космоса. Маленькая энциклопедия, М.: Советская Энциклопедия, 1986

Солнце
Структура	Ядро · Зона лучистого переноса · Конвективная зона
Атмосфера	Фотосфера · Хромосфера · Солнечная корона
Расширенная структура	Гелиосфера (Гелиосферный токовый слой · Граница ударной волны) · Гелиосферная мантия · Гелиопауза · Головная ударная волна
Относящиеся к Солнцу феномены	Корональные дыры · Корональные петли · Корональные выбросы массы · Солнечное затмение · Солнечные пятна · Солнечный факел · Гранулы · Волны Моуртона · Протуберанец · Солнечная радиация (Солнечные вариации) · Спикулы · Супергрануляция · Солнечный ветер · Солнечная вспышка
Относящиеся темы	Солнечная система · Солнечное динамо
Спектральный класс :

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое "Пятна на Солнце" в других словарях:

См … Словарь синонимов

Как солнце на небе, на одном солнце онучи сушили, пятна в солнце, пятна на солнце.. Словарь русских синонимов и сходных по смыслу выражений. под. ред. Н. Абрамова, М.: Русские словари, 1999. солнце солнцепек, (ближайшая к нам) звезда, паргелий,… … Словарь синонимов

У этого термина существуют и другие значения, см. Солнце (значения). Солнце … Википедия

На этой фотографии Солнца вы увидите пятна. Эти темные точки на поверхности, видимы с Земли даже без телескопа. Галилей был первым, кто увидел их в телескоп, но до недавнего времени, астрономы не могли объяснить то, что их вызывает.

Почему они темные?

Несмотря на то, что пятна темнее, чем окружающие вещество Солнца, они, на самом деле, невероятно горячи. Они могут иметь температуру более 3500 градусов по Кельвину, и тем не менее, не настолько яркие, чем поверхность, которая нагрета до 5800 Кельвинов. Из-за разности температур, оно выглядит темным, в сравнении с остальной поверхностью Солнца. Оно может быть настолько большим, что Земля может поместиться в некоторых из них. Солнце, в основном, состоит из плазмы.

Движение плазмы внутри Солнца создает мощное магнитное поле похожее на магнитосферу Земли.

Но магнитное поле Солнца постоянно меняется. Физики считают, что силовые линии магнитного поля скручены и выходят за пределы Солнца. Они образуются в точках, где магнитное поле пронизывает фотосферу. Хотя, они выглядят темными, на самом деле, они всего лишь на несколько тысяч градусов холоднее, чем окружающая фотосфера.

Солнечные пятна сегодня со спутника SDO онлайн

Карта нашей звезды в рентгеновском диапазоне представлена ниже, фотография обновляется ежедневно. Цифрами обозначенны группы пятен

Как, например, в середине прошлого тысячелетия. Каждый обитатель нашей планеты в курсе, что на главном источнике тепла и света находятся небольшие потемнения, которые сложно рассмотреть без специальных приспособлений. Но далеко не всем известен факт, что именно они приводят к которые могут сильно отразиться на магнитном поле Земли.

Определение

Говоря простым языком, солнечные пятна - это тёмные участки, образующиеся на поверхности Солнца. Ошибочно полагать, что они не излучают яркий свет, однако по сравнению с остальной фотосферой они действительно гораздо мрачнее. Их основной характеристикой является пониженная температура. Таким образом, солнечные пятна на Солнце холоднее примерно на 1500 Кельвинов, чем другие окружающие их участки. По сути, они представляют собой те самые области, сквозь которые магнитные поля выходят на поверхность. Благодаря этому явлению можно говорить о таком процессе, как магнитная активность. Соответственно, если пятен мало, то это именуется спокойным периодом, а когда их много, то такой период будет называться активным. Во время последнего свечение Солнца чуть более яркое из-за факелов и флоккулов, расположенных вокруг тёмных участков.

Изучение

Наблюдение солнечных пятен ведется давно, оно своими корнями уходит ещё в эпоху до нашей эры. Так, Теофраст Аквинский ещё в IV веке до н. э. в своих работах упоминал об их существовании. Первая зарисовка потемнений на поверхности главной звезды была обнаружена в 1128 году, принадлежит она Джону Ворчестеру. Помимо этого, в древнерусских произведениях XIV века упоминается о чёрных солнечных вкраплениях. Наука стремительно начала заниматься их изучением в 1600-х годах. Большинство учёных того периода придерживались версии, что солнечные пятна - это движущиеся вокруг оси Солнца планеты. Но после изобретения Галилеем телескопа этот миф был развеян. Ему первому удалось выяснить, что пятна являются неотъемлемыми от самой солнечной структуры. Это событие породило мощную волну исследований и наблюдений, которые не прекращаются с тех самых пор. Современное изучение поражает воображение своими масштабами. В течение 400 лет прогресс в этой области сделался ощутимым, и сейчас Бельгийская королевская обсерватория занимается подсчётом количества солнечных пятен, но раскрытие всех граней этого космического явления всё ещё продолжается.

Появление

Ещё в школе детям рассказывают о существовании магнитного поля, однако обычно упоминают лишь полоидальный компонент. Но теория солнечных пятен предполагает изучение также тороидального элемента, естественно, речь уже идёт о магнитном поле Солнца. У Земли его невозможно вычислить, так как оно не появляется на поверхности. Другая ситуация обстоит с небесным светилом. При совокупности определённых условий магнитная трубка всплывает наружу сквозь фотосферу. Как вы догадались, этот выброс приводит к тому, что на поверхности образуются солнечные пятна. Чаще всего это происходит массово, именно поэтому наиболее распространены групповые скопления пятен.

Свойства

В среднем достигает 6000 К, в то время как у пятен она составляет около 4000 К. Однако это не мешает им по-прежнему производить мощное количество света. Солнечные пятна и активные области, то есть группы пятен, имеют разные сроки существования. Первые живут от пары дней до нескольких недель. А вот последние куда более живучие и могут оставаться в фотосфере на протяжении месяцев. Что касается структуры каждого отдельного пятна, то она представляется непростой. Центральная его часть называется тенью, которая внешне выглядит однотонной. В свою очередь, она окружена полутенью, отличающейся своей изменчивостью. В результате соприкосновения холодной плазмы и магнитной на ней заметны колебания вещества. Размеры солнечных пятен, а также их количество в группах может быть самым разнообразным.

Циклы солнечной активности

Всем известно, что уровень постоянно меняется. Это положение привело к возникновению понятия 11-летнего цикла. Солнечные пятна, их появление и число очень тесно взаимосвязаны с этим явлением. Однако этот вопрос остаётся противоречивым, так как один цикл может варьироваться от 9 до 14 лет, а также уровень активности неустанно изменяется от столетия к столетию. Таким образом, могут быть периоды некого затишья, когда более одного года пятна практически отсутствуют. Но может случиться и обратное, когда их количество считается аномальным. Раньше отсчёт начала цикла начинался с момента минимальной солнечной активности. Но с появлением усовершенствованных технологий исчисление ведётся с того момента, когда изменяется полярность пятен. Данные о прошлых солнечных активностях доступны для изучения, однако они вряд ли могут стать самым верным помощником в прогнозировании будущего, ведь природа Солнца весьма непредсказуема.

Воздействие на планету

Не секрет, что на Солнце тесным образом взаимодействуют с нашей повседневной жизнью. Земля постоянно подвергается атакам различных раздражителей извне. От их разрушительного воздействия планета защищена при помощи магнитосферы и атмосферы. Но, к сожалению, они не способны противостоять ему полностью. Таким образом, из строя могут быть выведены спутники, нарушается радиосвязь, а космонавты подвержены повышенной опасности. Помимо этого, излучение влияет на климатические изменения и даже на внешность человека. Существует такое явление, как солнечные пятна на теле, появляющиеся под воздействием ультрафиолета.

Этот вопрос ещё не изучен должным образом, как и влияние солнечных пятен на повседневную жизнь людей. Ещё одним явлением, зависящим от магнитных нарушений, можно назвать Магнитные бури стали одним из самых известных последствий солнечной активности. Они представляют собой ещё одно внешнее поле вокруг Земли, которое параллельно постоянному. Современные учёные даже связывают повышенную смертность, а также обострение заболеваний сердечно-сосудистой системы с появлением этого самого магнитного поля. А в народе это даже постепенно начало превращаться в суеверие.

С солнечными пятнами связано несколько занимательных и довольно поучительных историй, первые из которых дошли до нас еще из глубокой древности.

Древнегреческие астрономы считали Солнце безупречным идеальным огненным шаром, не имеющим никаких изъянов. Такая точка зрения господствовала вплоть до XVII века, во всяком случае – в Европе. А далеко на востоке китайцы, ничего не зная о представлениях эллинов, еще в I веке до нашей эры описали в своих летописях «птиц», летающих перед Солнцем. Европейцы же о солнечных пятнах предпочитали вообще не думать, поскольку полагали, что если религия и философия объявляют Солнце совершенным, то «пятна» эти могут быть либо парами, проходящими между Землей и Солнцем, либо планетами.

В царствование Карла Великого (VIII в.) население Франции в течение восьми дней видело на Солнце большое черное пятно. Ученые того времени заявили, что это планета Меркурий. Их догадка была не такой уж глупой, поскольку Меркурий и в самом деле иногда проходит по диску Солнца, правда, он пересекает его всего за несколько часов.

С изобретением телескопа солнечные пятна поместили на поверхность Солнца, то есть туда, где они действительно находятся. Первое сообщение о результатах их наблюдений опубликовал в 1611 году немецкий астроном Иоганн Фабрициус. Примерно в то же самое время Солнце наблюдал в телескоп профессор математики (а по совместительству – иезуит) Кристоф Шейнер, который ввиду своей принадлежности ко всесильному Ордену преодолеть стену аристотелевского диктата о незапятнанности Солнца так и не смог. Получив от своего церковного начальства заверения в том, что ошибается либо его телескоп, либо его зрение, ученый, дабы не навлечь на свою голову обвинений в страшной ереси, предпочел отступить и послушно «забыл» о проведенных им исследованиях.

Менее сговорчивым оказался Галилео Галилей.

В 1612 году, комментируя наблюдения Фабрициуса в своих письмах, он подробно описал неправильную форму солнечных пятен, их возникновение, распад, перемещение по диску Солнца и, что самое главное, – подчеркнул, что пятна представляют собой явления, происходящие на поверхности Солнца, но никак не тела, обращающиеся вокруг оного.

После авторитетного заявления Галилея ученые принялись за усиленное изучение непонятной «оспы», портящей лик нашего светила. В 1613 году Иоганн Кеплер высказал предположение, что «изменчивость пятен указывает на их облачную природу, но... земные аналогии здесь мало могут помочь». В XVIII веке солнечные пятна считали темными вершинами, проглядывающими сквозь фотосферу Солнца во время «отливов» светящегося вещества. Затем появилась мысль, что солнечные пятна являются отверстиями в фотосфере. Эта догадка близка к современным представлениям, но сейчас известно, что солнечные пятна – это не дыры в фотосфере, а более холодные, хотя и достаточно яркие ее участки; они кажутся темными лишь по сравнению с окружающей чрезвычайно яркой поверхностью.

Что же касается периодичности появления солнечных пятен, то люди ставили в прямую зависимость от них бесчисленные проявления земной жизни, в первую очередь – погоду, а также голод, мор, болезни, войны, то есть, по сути дела, в этом явлении отыскивался удобный «козел отпущения», ответственный за всяческие несчастья. Так, засуху в Италии 1632 года связывали с отсутствием пятен на Солнце. В те же годы, когда лик Солнца бывал ими усеян, урожаи славились своей обильностью, цены на пшеницу понижались, а деревья росли быстрее.

В 1870 году профессор Иельского университета Элиас Лумис установил связь Магнитных бурь и числа наблюдаемых полярных сияний с периодичностью солнечных пятен, что в то время объяснить никто не мог. Долгие годы ученые оставались в полном неведении относительно того, как может Солнце, отстоящее от Земли на расстояние 150 млн. км, «трясти» ее магнитное поле и зажигать полярные сияния... Американский космолог Джордж Гамов в своей книге «Звезда, названная Солнцем» немного иронически замечает, что «число рысьих шкурок, приобретаемых Компанией Гудзонова залива, возрастает, когда на Солнце много пятен. Возможно, это происходит потому, что в такие периоды полярные сияния бывают ярче и предоставляют больше возможностей для благоприятной охоты во время долгих полярных ночей». Еще более поразительным и странным представлялось совпадение максимума солнечных пятен с французской и русской революциями, обеими мировыми войнами и корейским конфликтом.

Безусловно, между солнечными и земными явлениями существует много тонких связей. Если Солнце в состоянии стимулировать рост деревьев, то нельзя исключать вероятность того, что, как говорил Шекспир, «в деятельности людей существуют приливы» – приливы с периодичностью в 11 лет...

Выявил и убедительно обосновал наличие 11-ти и 22-летних солнечных циклов профессор А. Чижевский, опередив свое время на 50 лет и попав за это в ГУЛАГ. Он определил связь возникновения на Земле различных социальных и биологических катастроф со «скользящим» 11-летним циклом солнечной активности, который значительно усиливается через каждые 22 года. Однако стройной теории, объясняющей такую взаимозависимость, на сегодняшний день не существует. Правда, есть гипотезы. В частности, гипотеза Роберта Брейсуэла из Калифорнийского университета, который много лет изучает циклы солнечных пятен. Более или менее надежные данные о солнечных пятнах имеются приблизительно с 1800 года. На основе этих данных можно сделать вывод, что активность Солнца, измеренная «числом пятен», различна в различных циклах, то есть максимум одного 11-летнего цикла отличается от максимума следующего или предыдущего. Брейсуэл и ряд других ученых полагают, что в жизни Солнца есть и другие, более продолжительные циклы.

Так что же представляют собой солнечные пятна, которые не без основания считаются самым заметным проявлением активности? Оказывается, это промежутки между гранулами, составляющими фотосферу Солнца, только непомерно разросшиеся. По контрасту с очень яркой фотосферой пятна кажутся темными, хотя тоже светятся, то есть излучают энергию. Температура средней части пятна (самой темной и самой «холодной») около 4500°.

Солнечные пятна возникают в виде маленьких темных пор, имеющих в поперечнике около двух тысяч километров. За несколько дней пятно увеличивается в размерах и через две недели достигает своего максимального развития. Обычное солнечное пятно имеет в поперечнике 50 тыс. км, что в 4 раза больше диаметра Земли! Большое пятно может достигнуть значительно больших размеров – до 130 тысяч километров. Большие пятна «живут» около трех месяцев, рядовые – несколько дней. Каждое пятно имеет темную центральную область, называемую тенью, которая окружена сероватым облаком – полутенью – как бы волокнистого строения со следами завихрения вокруг центра пятна.

Важнейшая особенность пятен – наличие в них сильных магнитных полей, достигающий в области тени наибольшей напряженности. В целом пятно представляет собой выходящую в фотосферу трубку силовых линий магнитного поля, целиком заполняющих одну из нескольких ячеек хромосферной сетки. Верхняя часть трубки расширяется, и силовые линии в ней расходятся, как колосья в снопе.

Большей частью пятна появляются группами, изменяются, распадаются на отдельные части, исчезают. В основном пятна появляются вблизи экватора Солнца. Движение пятен на Солнце происходит с разной скоростью: чем дальше от экватора, тем скорость движения пятна меньше. Это говорит о том, что Солнце вращается не как твердое, а как газообразное тело. (Области вблизи солнечного экватора совершают полный оборот вокруг своей оси за 27 земных суток; около полярной зоны – за 34.)

Самое большое солнечное пятно

В 1947 г. наблюдалось солнечное пятно, имевшее площадь 18 млрд. км 2 .

Пятна на Солнце

Солнце - единственная из всех звезд, которую мы видим не как сверкающую точку, а как сияющий диск. Благодаря этому астрономы имеют возможность изучать различные детали на его поверхности.

Что же такое солнечные пятна?

Пятна на Солнце - далеко не устойчивые образования. Они возникают, развиваются и исчезают, а взамен исчезнувших появ­ляются новые. Изредка образуются пятна-исполины. Так, в апре­ле 1947 года на Солнце наблюдалось сложное пятно: его площадь превышала площадь поверхно­сти земного шара в 350 раз! Оно было хорошо видно нево­оруженным глазом 1 .

Пятна на Солнце

Такие большие пятна на Солнце замечались еще в древ­ние времена. В Никоновской летописи за 1365 год можно найти упоминание о том, как наши предки на Руси видели на Солнце сквозь дым лесных по­жарищ «темные пятна, аки гвозди».

Появляясь на восточном (левом) краю Солнца, перемещаясь по его диску слева направо и исчезая за западным (правым) краем дневного светила, солнеч­ные пятна дают прекрасную возможность не только убедиться во вращении Солнца вокруг оси, но и определить период этого вра­щения (более точно он определяется по доплеровскому смеще­нию спектральных линий). Измерения показали: период враще­ния Солнца на экваторе составляет 25,38 суток (по отношению к наблюдателю на движущейся Земле - 27,3 суток), в средних ши­ротах - 27 суток и у полюсов около 35 суток. Таким образом, на экваторе Солнце вращается быстрее, чем у полюсов. Зональное вращение светила свидетельствует о его газообразном состоянии. Центральная часть большого пятна в телескоп выглядит со­всем черной. Но пятна только кажутся темными, поскольку мы наблюдаем их на фоне яркой фотосферы. Если бы пятно можно было рассматривать отдельно, то мы бы увидели, что оно светит­ся сильнее, чем электрическая дуга, так как его температура око­ло 4 500 К, то есть на 1500 К меньше температуры фотосферы. Солнечное пятно средних размеров на фоне ночного неба каза­лось бы таким же ярким, как Луна в фазе полнолуния. Только пятна испускают не желтый, а красноватый свет.

Обычно темное ядро большого пятна бывает окружено серой полутенью, состоящей из светлых радиальных волокон, расположенных на темном фоне. Вся эта структура хорошо видна даже в небольшой телескоп.

Пятна на солнце

Еще в 1774 году шотландский астроном Александр Вилсон (1714-1786), наблюдая пятна у края солнечного диска, сделал вывод, что большие пятна являются углублениями в фотосфере. В дальнейшем расчеты показали, что «дно» пятна лежит ниже уровня фотосферы в среднем на 700 км. Словом, пятна - гигант­ские воронки в фотосфере.

Вокруг пятен в лучах водорода отчетливо видно вихревое строение хромосферы. Эта вихревая структура указывает на су­ществование бурных движений газа вокруг пятна. Такой же рису­нок создают железные опилки, насыпанные на лист картона, если под ними расположить магнит. Подобное сходство заставило аме­риканского астронома Джорджа Хейла (1868-1938) заподозрить, что солнечные пятна - огромные магниты.

Хейлу было известно, что спектральные линии расщепляют­ся, если излучающий газ находится в магнитном поле (так назы­ваемое зеемановское расщепление). И когда астроном сравнил величину расщепления, наблюдавшегося в спектре солнечных пятен, с результатами лабораторных опытов с газом в магнитном поле, то обнаружил, что магнитные поля пятен в тысячи раз пре­вышают индукцию земного магнитного поля. Напряженность магнитного поля у поверхности Земли около 0,5 эрстеда. А в солнечных пятнах она всегда больше 1500 эрстед - иногда дос­тигает 5000 эрстед!

Открытие магнитной природы солнечных пятен - одно из важ­нейших открытий в астрофизике начала XX века. Впервые было установлено, что магнитными свойствами обладает не только наша Земля, но и другие небес­ные тела. Солнце в этом отно­шении вышло на первый план. Только наша планета имеет по­стоянное дипольное магнитное поле с двумя полюсами, а маг­нитное поле Солнца отличает­ся сложной структурой, и мало того, оно «переворачивается», То есть изменяет свой знак, или полярность. И хотя солнечные пятна являются весьма сильны­ми магнитами, общее магнитное поле Солнца редко превышает 1 эрстед, что в несколько раз больше среднего поля Земли.

Сильное магнитное поле в биполярной группе солнечных пятен

Сильное магнитное поле пятен как раз и есть причина их низ­кой температуры. Ведь поле создает изолирующий слой под пят­ном и благодаря этому резко замедляет процесс конвекции - уменьшает приток энергии из глубин светила.

Большие пятна предпочитают появляться парами. Каждая такая пара располагается почти параллельно солнечному эквато­ру. Ведущее, или головное, пятно движется обычно немного быст­рее, чем замыкающее (хвостовое) пятно. Поэтому в течение пер­вых нескольких дней пятна удаляются друг от друга. Одновре­менно размер пятен увеличивается.

Часто в промежутке между двумя основными пятнами появля­ется «цепочка» маленьких пятен. После того как это произойдет, хвостовое пятно может претерпеть быстрый распад и исчезнуть. Ос­тается только ведущее пятно, которое уменьшается медленнее и жи­вет в среднем в 4 раза дольше своего компаньона. Подобный процесс развития характерен почти для каждой большой группы солнечных пятен. Большинство пятен живет всего лишь несколько дней (даже несколько часов!), а другие наблюдаются несколько месяцев.

Пятна, поперечник которых достигает 40-50 тыс. км, можно увидеть через светофильтр (густо закопченное стекло) невоору­женным глазом.

Что такое солнечные вспышки?

1 сентября 1859 года два английских астронома - Ричард Кэррингтон и Ш. Ходжсон, независимо друг от друга наблюдая Солнце в белом свете, увидели, как нечто подобно молнии сверк­нуло вдруг среди одной группы солнечных пятен. Это было пер­вое наблюдение нового, еще неизвестного явления на Солнце; в дальнейшем оно получило название солнечной вспышки.

Что же такое солнечная вспышка? Если сказать коротко, это сильнейший взрыв на Солнце, в результате которого быстро вы­свобождается колоссальное количество энергии, накопившейся в ограниченном объеме солнечной атмосферы.

Чаще всего вспышки возникают в нейтральных областях, рас­положенных между большими пятнами противоположной поляр­ности. Обычно развитие вспышки начинается с внезапного увели­чения яркости факельной площадки - области более яркой, а значит и более горячей фотосферы. Затем происходит катастро­фический взрыв, во время которого солнечная плазма разогрева­ется до 40-100 млн К. Это проявляется в многократном усилении коротковолнового излучения Солнца (ультрафиолетового и рент­геновского), а также в усилении «радиоголоса» дневного светила и в выбросе ускоренных солнечных корпускул (частиц). А в неко­торых наиболее мощных вспышках генерируются даже солнеч­ные космические лучи, протоны которых достигают скорости, равной половине скорости света. Такие частицы обладают смер­тоносной энергией. Они способны почти беспрепятственно про­никать в космический корабль и разрушать клетки живого орга­низма. Поэтому солнечные космические лучи могут представлять серьезную опасность для экипажа, застигнутого во время полета внезапной вспышкой.

Таким образом, солнечные вспышки излучают радиацию в ви­де электромагнитных волн и в виде частиц вещества. Усиление электромагнитного излучения происходит в широком диапазоне длин волн - от жестких рентгеновских лучей и гамма-квантов до километровых радиоволн. При этом общий поток видимого излу­чения остается всегда постоянным с точностью до долей процента. Слабые вспышки на Солнце бывают практически всегда, а большие - раз в несколько месяцев. Зато в годы максимума сол­нечной активности большие солнечные вспышки происходят по нескольку раз в месяц. Обычно небольшая вспышка длится 5- 10 минут; самые мощные - несколько часов. За это время в око­лосолнечное пространство выбрасывается облако плазмы массой до 10 млрд т и выделяется энергия, эквивалентная взрыву де­сятков, а то и сотен миллионов водородных бомб! Однако мощ­ность даже самых больших вспышек не превышает сотых долей процента от мощности полного излучения Солнца. Поэтому при вспышке не происходит заметного увеличения светимости наше­го дневного светила.

Во время полета первого экипажа на американской орбиталь­ной станции «Скайлэб» (май-июнь 1973 года) удалось сфотогра­фировать вспышку в свете паров железа при температуре 17 млн К, что должно быть горячее, чем в центре солнечного термоядерного реактора. А в последние годы от нескольких вспышек были зареги­стрированы импульсы гамма-излучения.

Своим происхождением такие импульсы обязаны, вероятно, аннигиляции электронно-позитронных пар. Позитрон, как из­вестно, - это античастица электрона. Он имеет ту же массу, что и электрон, но наделен противоположным электрическим зарядом. Когда электрон и позитрон сталкиваются, что может происходить при солнечных вспышках, они тотчас же уничтожаются, превра­щаясь в два фотона гамма-излучения.

Как и всякое нагретое тело, Солнце непрерывно испускает ра­диоволны. Тепловое радиоизлучение спокойного Солнца, когда на нем нет пятен и вспышек, постоянно и на миллиметровых и сантиметровых волнах исходит из хромосферы, а на метровых - из короны. Но стоит только появиться большим пятнам, произой­ти вспышке, как на фоне спокойного радиоизлучения возникают сильные радиовсплески... И тогда радиоизлучение Солнца скач­кообразно возрастает в тысячи, а то и в миллионы раз!

Физические процессы, приводящие к возникновению солнеч­ных вспышек, очень сложны и еще мало изучены. Однако сам факт появления солнечных вспышек почти исключительно в больших группах пятен свидетельствует о родственных связях вспышек с сильными магнитными полями на Солнце. И вспышка - это, по-видимому, не что иное, как грандиознейший взрыв, вызванный внезапным сжатием солнечной плазмы под давлением сильного магнитного поля. Именно энергия магнитных полей, каким-то об­разом освобождаясь, порождает солнечную вспышку.

Излучения солнечных вспышек нередко достигают нашей пла­неты, оказывая сильное воздействие на верхние слои земной ат­мосферы (ионосферу). Они же приводят к возникновению маг­нитных бурь и полярных сияний, но об этом - рассказ впереди.

Ритмы Солнца

В 1826 году немецкий любитель астрономии аптекарь Генрих Швабе (1789-1875) из Дессау приступил к систематическим на­блюдениям и зарисовкам солнечных пятен. Нет, он вовсе не со­бирался изучать Солнце - его интересовало совсем другое. В то время думали, что между Солнцем и Меркурием движется неизвестная планета. А так как увидеть ее вблизи яркого светила было невозможно, то Швабе решил наблюдать все, что было видно на солнечном диске. Ведь если такая планета действительно существует, то рано или поздно она обязательно пройдет по диску Солнца в виде маленького черного кружочка или точки. И вот тут-то она будет наконец «поймана»!

Однако Швабе, по его собственным словам, «отправившись на поиски ослов своего отца, нашел королевство». В 1851 году в книге «Космос» Александра Гумбольдта (1769-1859) были опубликованы результаты наблюдений Швабе, из которых сле­довало, что число солнечных пятен довольно правильно возрас­тает и уменьшается в течение 10-летнего периода. Эта перио­дичность в изменении числа солнечных пятен, впоследствии названная 11-летним циклом солнечной активности, была от­крыта Генрихом Швабе в 1843 году. Последующие наблюдения подтвердили это открытие, а швейцарский астроном Рудольф Вольф (1816-1893) уточнил, что максимумы числа пятен на Солнце повторяются в среднем через 11,1 года.

Итак, число пятен меняется день ото дня и от года к году. Что­бы судить о степени солнечной активности, основанной на под­счетах солнечных пятен, в 1848 году Вольф ввел понятие относи­тельного числа солнечных пятен, или так называемых чисел Вольфа. Если обозначить через g число групп пятен, а через f об­щее число пятен, то число Вольфа - W - выражается формулой:

Это число, определяющее меру пятнообразовательной деятель­ности Солнца, учитывает как число групп солнечных пятен, так и число самих пятен, наблюдавшихся в какой-то определенный день. Причем каждая группа приравнивается к десяти единицам, а каждое пятно принимается за единицу. Общий счет за день - от­носительное число Вольфа - представляет собой сумму этих чи­сел. Допустим, что мы наблюдаем на Солнце 23 пятна, которые об­разуют три группы. Тогда число Вольфа в нашем примере будет: W = 10 3 + 23 = 53. В периоды минимума солнечной активности, когда на Солнце не бывает ни одного пятна, оно превращается в ноль. Если на Солнце наблюдается единственное пятно, то число Вольфа будет равно 11, а в дни максимума солнечной активности оно иногда бывает более 200.

Кривая среднемесячного числа солнечных пятен отчетливо показывает характер изменения солнечной активности. Такие данные имеются начиная с 1749 года по настоящее время. Усред­нение, сделанное за 200 лет, определило период изменения пятен на Солнце в 11,2 года. Правда, за последние 60 лет течение пятнообразовательной деятельности нашего дневного светила несколь­ко ускорилось и этот период уменьшился до 10,5 лет. Кроме того, его продолжительность заметно меняется от цикла к циклу. По­этому следует говорить не о периодичности солнечной активно­сти, а о цикличности. Одиннадцатилетний цикл - это важнейшая особенность нашего Солнца.

Открыв в 1908 году магнитное поле солнечных пятен, Джордж Хейл открыл и закон чередования их полярности. Мы уже гово­рили о том, что в развитой группе имеются два больших пятна - два больших магнита. Они обладают противоположной полярно­стью. Последовательность полярностей в северном и южном полу­шариях Солнца тоже всегда противоположная. Если в северном полушарии ведущее (головное) пятно имеет, например, северную полярность, а замыкающее (хвостовое) пятно - южную, то в юж­ном полушарии дневного светила картина будет обратная: веду­щее пятно - с южной полярностью, а замыкающее - с северной. Но самое замечательное состоит в том, что в следующем 11-летнем цикле полярности всех пятен в группах в обоих полушариях Солнца меняются на противоположные, а с наступлением нового цикла возвращаются к исходному состоянию. Таким образом, маг­нитный цикл Солнца составляет примерно 22 года. Поэтому многие астрономы-«солнечники» считают основным 22-летний цикл солнечной активности, связанный с изменением полярности маг­нитного поля в солнечных пятнах.

Уже давно установлено, что в такт с изменением числа пятен на Солнце изменяются площади факельных площадок, мощность солнечных вспышек. Вот эти и другие явления, происходящие в атмосфере Солнца, сейчас принято называть солнечной активно­стью. Наиболее доступным ее элементом для наблюдений явля­ются большие группы солнечных пятен.

Теперь пришло время ответить, пожалуй, на самый интригую­щий вопрос: «Откуда берется солнечная активность и как объяс­нить ее особенности?»

Поскольку определяющим фактором солнечной активности является магнитное поле, то возникновение и развитие биполяр­ной группы пятен - активной области на Солнце - можно пред­ставить как результат постепенного всплывания в солнечную ат­мосферу огромного магнитного жгута или трубки, которая выхо­дит из одного пятна и, образуя арку, входит в другое пятно. В том месте, где трубка выходит из фотосферы, возникает пятно с одной полярностью магнитного поля, а где она обратно входит в фото­сферу - с противоположной полярностью. Через некоторое вре­мя эта магнитная трубка разрушается, а остатки магнитного жгута погружаются обратно под фотосферу и активная область на Солнце исчезает. При этом часть линий магнитного поля уходит в хромосферу и солнеч­ную корону. Здесь магнитное поле как бы упорядочивает движущуюся плазму, в резуль­тате чего солнечное вещество движется вдоль линий магнит­ного поля. Это придает короне лучистый вид. Тот факт, что активные области на Солнце определяются магнитными си­ловыми трубками, больше не вызывает среди ученых сомнений. Магнитогидродинамическими эффектами объясняется и перемена полярности поля в биполяр­ных группах солнечных пятен. Но это только первые шаги в на­правлении построения научно обоснованной теории, которая смо­жет объяснить все наблюдаемые особенности активности велико­го светила.

Среднегодовые числа Вольфа с 1947 по 2001 г.

Фотосфера Солнца

Объяснение возникновения на Солнце биполярных магнитных областей. Из конвективной зоны всплывает в солнечную атмосферу огромная магнитная трубка

Итак, на Солнце происходит вечная борьба между силами дав­ления раскаленного газа и чудовищной гравитацией. А на пути из­лучения встают запутанные магнитные поля. В их сетях возника­ют и разрушаются пятна. Вдоль силовых магнитных линий взле­тает вверх или скользит вниз из короны высокотемпературная плазма. Где еще можно встретить нечто подобное?! Только на дру­гих звездах, но они ужасно далеки от нас! И только на Солнце мы можем наблюдать эту извечную борьбу сил природы, которая длится уже 5 млрд лет. А победит в ней только гравитация!

«Эхо» солнечных вспышек

23 февраля 1956 года станции Службы Солнца отметили на дневном светиле мощнейшую вспышку. Взрывом невиданной си­лы были выброшены в околосолнечное пространство гигантские облака раскаленной плазмы - каждое во много раз больше Земли! И со скоростью более 1000 км/с они устремились в сторону нашей планеты. Первые отзвуки этой катастрофы быстро докатились до нас через космическую бездну. Примерно через 8,5 минут после начала вспышки сильно возросший поток ультрафиолетовых и рентгеновских лучей достиг верхних слоев земной атмосферы - ионосферы, усилил ее разогрев и ионизацию. Это привело к рез­кому ухудшению и даже временному прекращению радиосвязи на коротких волнах, ибо вместо того, чтобы отражаться от ионосфе­ры, как от экрана, они стали ею усиленно поглощаться...

Изменение магнитной полярности солнечных пятен

Иногда же, при очень сильных вспышках, радиопомехи длятся по нескольку суток подряд, пока беспокойное светило не «прихо­дило в норму». Зависимость прослеживается здесь настолько чет­ко, что по частоте таких помех можно судить об уровне солнечной активности. Но главные возмущения, вызываемые на Земле вспы-шечной активностью светила, впереди.

Следом за коротковолновым излучением (ультрафиолетовым и рентгеновским) нашей планеты достигает поток высокоэнер­гичных солнечных космических лучей. Правда, магнитная обо­лочка Земли достаточно надежно защищает нас от этих смерто­носных лучей. Но для космонавтов, работающих в открытом кос­мосе, они представляют весьма серьезную опасность: облучение может легко превысить допустимую дозу. Вот почему около 40 обсерваторий мира постоянно участвуют в патрульной Службе Солнца - ведут непрерывные наблюдения за вспышечной актив­ностью дневного светила.

Дальнейшего развития геофизических явлений на Земле мож­но ожидать через день или через два дня после вспышки. Именно такое время - 30-50 часов - требуется для того, чтобы облака плазмы достигли земных «окрестностей». Ведь солнечная вспыш­ка - это нечто вроде космической пушки, стреляющей в межпла­нетное пространство корпускулами - частицами солнечного ве­щества: электронами, протонами (ядрами атомов водорода), аль­фа-частицами (ядрами атомов гелия). Масса корпускул, извергну­тых вспышкой в феврале 1956 года, составляла миллиарды тонн!

Едва облака солнечных частиц столкнулись с Землей, как за­метались стрелки компасов, а ночное небо над планетой украси­ли разноцветные сполохи полярного сияния. Среди больных рез­ко участились сердечные приступы, возросло число дорожных катастроф.

Виды воздействий солнечной вспышки на Землю

Да что там магнитные бури, полярные сияния... Под напором исполинских корпускулярных облаков содрогнулся буквально весь земной шар: во многих сейсмических зонах произошли зем­летрясения 2 . И как бы в довершение всего скачкообразно измени­лась продолжительность суток на целых 10... микросекунд!

Космические исследования показали, что земной шар окружен магнитосферой, то есть магнитной оболочкой; внутри магнито­сферы напряженность земного магнитного поля преобладает над напряженностью межпланетного поля. И чтобы вспышка могла оказать воздействие на земную магнитосферу и саму Землю, она должна произойти в то время, когда активная область на Солнце расположена вблизи центра солнечного диска, то есть ориентирована в сторону нашей планеты. В противном случае все вспышечные излучения (электромагнитное и корпускулярное) промчатся стороной.

Плазма, которая устремляется с поверхности Солнца в косми­ческое пространство, обладает определенной плотностью и спо­собна оказывать давление на любые встречающиеся на ее пути препятствия. Таким существенным препятствием является маг­нитное поле Земли - ее магнитосфера. Она оказывает противо­действие потокам солнечного вещества. Наступает момент, когда в этом противоборстве оба давления уравновешиваются. Тогда граница земной магнитосферы, поджатая потоком солнечной плазмы с дневной стороны, устанавливается на расстоянии при­мерно 10 земных радиусов от поверхности нашей планеты, а плаз­ма, не имея возможности двигаться прямо, начинает обтекать маг­нитосферу. При этом частицы солнечного вещества вытягивают ее магнитные силовые линии, и на ночной стороне Земли (в про­тивоположном от Солнца направлении) у магнитосферы образу­ется длинный шлейф (хвост), который простирается за орбиту Луны. Земля же со своей магнитной оболочкой оказывается внут­ри этого корпускулярного потока. И если обычный солнечный ве­тер, постоянно обтекающий магнитосферу, можно сравнить с лег­ким бризом, то стремительный поток корпускул, порожденных мощной солнечной вспышкой, подобен страшному урагану. Когда такой ураган налетает на магнитную оболочку земного шара, она еще сильнее сжимается с подсолнечной стороны и на Земле ра­зыгрывается магнитная буря.

Таким образом, солнечная активность влияет на земной магне­тизм. С ее усилением частота и интенсивность магнитных бурь возрастает. Но связь эта достаточно сложная и состоит из целой цепи физических взаимодействий. Главным связующим звеном в этом процессе является усиленный поток корпускул, возникаю­щий во время солнечных вспышек.

Часть энергичных корпускул в полярных широтах прорывает­ся из магнитной ловушки в земную атмосферу. И тогда на вы­сотах от 100 до 1000 км быстрые протоны и электроны, сталкива­ясь с частицами воздуха, возбуждают их и заставляют светиться. В результате наблюдается полярное сияние.

Периодические «оживления» великого светила - явление за­кономерное. Так, например, после грандиозной вспышки на Солнце, наблюдавшейся 6 марта 1989 года, корпускулярные пото­ки взбудоражили буквально всю магнитосферу нашей планеты. В результате на Земле разразилась сильнейшая магнитная буря. Она сопровождалась поразительным по своему размаху поляр­ным сиянием, которое в районе Калифорнийского полуострова достигло тропического пояса! Через три дня произошла новая мощная вспышка, а в ночь с 13 на 14 марта жители южного побе­режья Крыма тоже любовались феерическими сполохами, рас­простершимися в звездном небе над скалистыми зубцами Ай-Петри. Это было неповторимое зрелище, похожее на зарево пожа­ра, охватившее сразу полнеба.

Все упомянутые здесь геофизические эффекты - ионосфер­ные и магнитные бури и полярные сияния - являются составной частью сложнейшей научной проблемы, именуемой проблемой «Солнце-Земля». Однако этим влияние солнечной активности на Землю не ограничивается. «Дыхание» дневного светила посто­янно проявляется в изменении погоды и климата.

Климат - это не что иное, как многолетний режим погоды в данной местности, и определяется он ее географическим поло­жением на земном шаре и характером атмосферных процессов.

Ленинградским ученым из НИИ Арктики и Антарктики удалось выявить, что в годы минимума солнечной актив­ности преобладает широтная циркуляция воздуха. В этом случае погода в Северном по­лушарии устанавливается от­носительно спокойная. В годы максимума, наоборот, усилива­ется меридиональная циркуля­ция, то есть происходит интен­сивный обмен воздушными массами между тропическими и полярными областями. Пого­да становится неустойчивой, наблюдаются значительные отклонения от многолетних климатических норм.

Западная Европа: Британские острова в области сильного циклона. Снимок из космоса

1Каждый должен помнить, что смотреть на Солнце без защиты глаз темными светофильтрами ни в коем случае нельзя. Так можно мгновенно лишится зрения

2Научный сотрудник Мурманского отделения Астрономо-геодезического об­щества России (его председатель) Виктор Евгеньевич Трошенков исследовал воздействие солнечной активности на тектонику земного шара. Проведенный им на глобальном уровне повторный анализ сейсмической активности нашей планеты за 230 лет (1750-1980) показал наличие линейной зависимости между сейсмикой Земли (землетрясениями) и солнечными бурями.