О появлении и исчезновении пятен на солнце. Солнечные пятна и факелы

Шаг назад

ВОПРОС №114. Что предвещают тёмные пятна на Солнце, почему они появляются и для чего? Означает ли их отсутствие скорое наступление ледникового периода на планете?

На сайте «Вселенная» от 16.05.17 г. учёные заявили о необычном явлении на Солнце по ссылке:

«Ученые NASA сообщили, что с поверхности Солнца пропали все пятна. Ни единого пятнышка не удается обнаружить уже третий день подряд. Это вызывает у специалистов серьезное беспокойство.

По мнению ученых NASA, если ситуация не изменится в ближайшее время, жителям Земли следует готовиться к суровым холодам. Исчезновение на Солнце пятен грозит человечеству наступлением ледникового периода. Специалисты уверены, что изменения в облике Солнца могут сообщать о значительном снижении активности единственной звезды Солнечной системы, что в итоге приведет к глобальному понижению температуры на планете Земля. Подобные явления происходили в период с 1310 по 1370 и с 1645 по 1725 года, тогда же были зафиксированы и периоды глобального похолодания или так называемые малые ледниковые периоды.

Согласно наблюдениям ученых, удивительная чистота на Солнце была зафиксирована в начале 2017 года, солнечный диск оставался без пятен на протяжении 32 дней. Ровно столько же Солнце оставалось без пятен и в минувшем году. Такие явления грозят тем, что снижается мощность ультрафиолетового излучения, а значит, разряжаются верхние слои атмосферы. Это приведет к тому, что весь космический мусор будет скапливаться в атмосфере, а не сгорать как это случается всегда. Некоторые ученые уверены, что Земля начинает замерзать.»

Так выглядело Солнце без тёмных пятен в начале 2017 г.

На Солнце не было пятен в 2014 - 1 день, в 2015 г. - 0 дней, за 2 месяца в начале 2017 г. – 32 дня.

Что это значит? Почему пропадают пятна?

Чистое Солнце знаменует приближение минимума солнечной активности. Цикл солнечных пятен - как маятник, качающийся туда-сюда с периодом 11–12 лет. Прямо сейчас маятник близок к малому числу солнечных пятен. Эксперты ожидают, что цикл достигнет минимума в 2019–2020 годах. От текущего момента и до того времени мы еще много раз увидим абсолютно незапятнанное Солнце. Сперва периоды без пятен будут измеряться днями, позже - неделями и месяцами. Полного объяснения этому феномену у науки пока нет.

Что такое 11-летний цикл солнечной активности?

Одиннадцатилетний цикл - это заметно выраженный цикл солнечной активности, длящийся примерно 11 лет. Он характеризуется довольно быстрым (примерно за 4 года) увеличением числа солнечных пятен, и затем более медленным (около 7 лет) его уменьшением. Длина цикла не равна строго 11 годам: в XVIII–XX веках его длина составляла 7–17 лет, а в XX веке - примерно 10,5 года.

Известно, что уровень солнечной активности постоянно меняется. Тёмные пятна, их появление и число очень тесно взаимосвязаны с этим явлением и один цикл может варьироваться от 9 до 14 лет, а также уровень активности неустанно изменяется от столетия к столетию. Таким образом, могут быть периоды затишья, когда более одного года пятна практически отсутствуют. Но может случиться и обратное, когда их количество считается аномальным. Так, в октябре 1957 г. на Солнце было 254 тёмных пятна, что является максимумом до настоящего времени.

Самый интригую­щий вопрос: откуда берется солнечная активность и как объяс­нить ее особенности?

Известно, что определяющим фактором солнечной активности является магнитное поле. Для ответа на этот вопрос уже сделаны первые шаги в на­правлении построения научно обоснованной теории, которая смо­жет объяснить все наблюдаемые особенности активности велико­го светила.

Наукой установлен также факт, что именно тёмные пятна приводят к солнечным вспышкам, которые могут оказывать сильное воздействие на магнитное поле Земли. Тёмные пятна имеют пониженную температуру по отношению к фотосфере Солнца – около 3500 градусов С и представляют собой те самые области, сквозь которые магнитные поля выходят на поверхность, что называется магнитной активностью. Если пятен мало, то это именуется спокойным периодом, а когда их много, то такой период будет называться активным.

В среднем температура Солнца на поверхности достигает 6000 град. С. Солнечные пятна живут от пары дней до нескольких недель. А вот группы пятен могут оставаться в фотосфере на протяжении месяцев. Размеры солнечных пятен, а также их количество в группах может быть самым разнообразным.

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. Магнитные явления на Солнце тесным образом взаимодействуют с нашей повседневной жизнью. Земля постоянно подвергается атакам различных излучений Солнца. От их разрушительного воздействия планета защищена при помощи магнитосферы и атмосферы. Но, к сожалению, они не способны противостоять ему полностью. Из строя могут быть выведены спутники, нарушается радиосвязь, а космонавты подвержены повышенной опасности. Опасными для планеты могут быть повышенные дозы выбросов ультрафиолетового и рентгеновского излучения Солнца, особенно при наличии озоновых дыр в атмосфере. В феврале 1956 г. произошла самая мощная вспышка на Солнце с выбросом огромного облака плазмы размером больше планеты со скоростью 1000 км/сек.

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 северное сияние.

Магнитные бури в атмосфере планеты стали одним из самых известных последствий солнечной активности. Они представляют собой ещё одно внешнее магнитное 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.»

Вот некоторые сведения о параметрах Солнца: диаметр – 1млн. 390 тыс. км., химический состав водород (75%) и гелий (25%), масса – 2х10 в 27-й степени тонн, что составляет 99,8% от массы всех планет и объектов в солнечной системе, ежесекундно в термоядерных реакциях Солнце сжигает 600 млн. тонн водорода, превращая его в гелий, и выбрасывает в пространство 4 млн. тонн своей массы в виде всех излучений. В объёме Солнца можно разместить 1 млн. планет как Земля и ещё останется свободное место. Расстояние от Земли до Солнца – 150 млн. км. Его возраст около 5 млрд. лет.

Ответ:

В статье №46 данного раздела сайта сообщается информация, неизвестная науке: «Термоядерного реактора в центре Солнца нет, там находится белая дыра, которая получает до половины энергии для Солнца из чёрной дыры в центре Галактики через порталы пространственно-временных каналов. Термоядерные реакции, которые вырабатывают лишь около половины энергии, расходуемой Солнцем, происходят локально в наружных слоях нейтринной и нейтронной оболочек. Тёмные пятна на поверхности Солнца – это чёрные дыры, через которые энергия из центра Галактики поступает в центр вашего светила».

Почти все звёзды Галактик, имеющие планетарные системы, соединены невидимыми пространственно-энергетическими каналами с огромными чёрными дырами в центрах Галактик.

Эти галактические чёрные дыры имеют пространственно-энергетические каналы со звёздными системами и являются энергетической основой Галактик и всей Вселенной. Они подпитывают звёзды с планетарными системами своей аккумулированной энергией, полученной от поглощённой ими материи в центре Галактик. Чёрная дыра в центре нашей Галактики Млечный Путь имеет массу равную 4-м млн. масс Солнца. Энергетическая подпитка звёзд от чёрной дыры происходит по установленным расчётам для каждой звёздной системы по периоду и мощности.

Это необходимо, чтобы звезда всегда на протяжении миллионов лет светила бы с одинаковой силой без затухания для проведения ВЦ постоянных экспериментов в каждой звёздной системе. Чёрная дыра в центре Галактики восстанавливает до 50% всей энергии, расходуемой Солнцем на выброс до 4-х млн. тонн своей массы ежесекундно в виде излучений. Ещё столько же энергии Солнце создаёт своими термоядерными реакциями на поверхности.

Поэтому при подключении звезды к энергетическим каналам чёрной дыры из центра Галактики на поверхности Солнца образуется необходимое количество чёрных дыр, получающих энергию и передающих её в центр светила.

В центре Солнца находится чёрная дыра, получающая энергию с его поверхности, такие дыры наука называет белыми дырами. Появление тёмных пятен на Солнце – чёрных дыр – является периодом подключения звезды к подпитке от энергетических каналов Галактики и не является предвестником будущего глобального похолодания или ледникового периода на Земле, как это предполагают учёные. Для наступления глобального похолодания на планете необходимо понижение среднегодовой температуры на 3 градуса, что может привести к обледенению севера Европы, России и скандинавских стран. Но по наблюдениям и мониторингу учёных за последние 50 лет среднегодовое значение температуры на планете не изменилось.

Среднегодовое значение солнечного ультрафиолетового излучения также сохранилось на обычном уровне. Во время периода солнечной активности при наличии тёмных пятен на Солнце происходит увеличение магнитной активности светила /магнитные бури/ в пределах максимальных значений всех прошедших 11-ти летних циклов. Дело в том, что энергия от чёрной дыры из центра Галактики, поступающая на чёрные дыры Солнца, обладает магнетизмом. Поэтому в период с тёмными пятнами вещество на поверхности фотосферы Солнца активируется магнитным полем этих пятен в виде выбросов, арок и протуберанцев, что называют повышенной солнечной активностью.

Мрачные предположения учёных о предстоящем периоде глобального похолодания на планете несостоятельны из-за отсутствия достоверной информации о Солнце. Глобальные похолодания или малые ледниковые периоды во 2-ом тысячелетии нашей эры, которые указаны в начале статьи, случались по плану проведения климатических экспериментов на Земле нашими Создателями и Наблюдателями, а не по причине случайных сбоев в виде длительного отсутствия тёмных пятен на Солнце.

Просмотры 2 341

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.

Для понимания физической природы процессов, протекающих на Солнце, важно установить причины более низкой температуры пятен по сравнению с фотосферой, роль магнитных явлений в их развитии и существовании и механизм 11 (22)-летней цикличности солнечной активности.

Таблица 6. Модель солнечного пятна по Мишару (1953). В каждой двойной колонке первая относится к фотосфере, вторая к пятну. Давление выражено в дин/см2. Неуверенные значения поставлены в скобки. Аргументом выбрана оптическая глубина при .

Температура пятен, как сказано было ранее, значительно ниже температуры фотосферы, что подтверждается их относительной темнотой и гораздо более низкой степенью ионизации и возбуждения, как это следует из их спектров. Уменьшение числа электронов в пятнах вызывает уменьшение непрозрачности солнечного вещества (в первую очередь за счет сильного уменьшения числа ионов ). Таким образом, в пятнах мы «заглядываем» в большие геометрические глубины, чем в фотосфере. Однако эти глубины все равно крайне незначительны, как это видно из таблицы 6.

Таким образом, учитывая эффект Вильсона, видимое пятно можно уподобить мелкой тарелке. Проследить простирание пятна в глубину очень трудно, так как оно зависит от распределения магнитного поля с глубиной. Действительно, как видно из таблицы 6, давление на одном и том же уровне в пятне приблизительно на дин/см2 (около 0,2 атм) меньше, чем в соседней фотосфере. Равновесие может поддерживаться только при добавочном давлении, которое создается магнитным полем [см. § 2, формулу (2.26)]. Давление равно и эта величина будет равняться дин/см2, если . Как раз такое магнитное поле обычно для верхнего уровня пятен. Следующие численные характеристики типичны для среднего солнечного пятна:

Ввиду большого масштаба движений в солнечной фотосфере и под ней затухание магнитных полей на Солнце протекает исключительно медленно (нужны сотни лет). По этой причине активные области Солнца имеют длительное существование и магнитные поля то погружаются в глубь фотосферы, то всплывают на ее поверхность. Вблизи поверхности, где плотность вещества становится малой, условие равенства кинетической энергии и энергии магнитного поля нарушается в пользу последней, и конвекция оказывается сильно подавленной, между тем нормально конвекционные потоки несут с собой тепло. Кроме того, на субфотосфер ном уровне пятен конвективный приток тепла с периферии также запрещен, так как он протекает поперек магнитных силовых линий. Именно отсутствие конвекции является причиной низкой температуры пятен. Впрочем, это не единственная причина. Возможен также унос тепла из тени магнитогидродинамическими волнами.

Длительно существующие магнитные поля на Солнце связаны, по-видимому, с существованием больших циркуляционных движений в конвективной зоне Солнца до глубины в несколько десятков тысяч километров, возникающих вследствие неоднородности вращения Солнца. Циркуляция плазмы порождает магнитные вихри, и когда они выходят на поверхность, то появляются биполярные группы, простые или сложные, видимым выражением которых становятся пятна (рис. 40). Одновременно на Солнце имеется много таких вихрей на различных меридианах. Вероятно, в течение цикла они перемещаются к экватору, в то время как новые вихри зарождаются у полюсов и приходят на смену старым. Естественно, что направление вихрей различно в обоих полушариях. Скорость, с которой спускаются к экватору большие вихри, определяет продолжительность цикла солнечной активности.

22-летняя цикличность остается непонятной. Конечно, магнитные силовые линии выходят и далеко за поверхность Солнца, в хромосферу и корону, но они должны быть выносимы определенными массами вещества. Мы увидим дальше признаки вмешательства магнитных сил в хромосферные и корональные процессы.

Рис. 40. Магнитные области на Солнце (схема)

Небольшие магнитные поля, подобные тем, которые существуют на периферии пятен, вместо того, чтобы подавлять конвекцию, усиливают ее. Это происходит потому, что слабое поле, не будучи в состоянии помешать энергичной конвекции, подавляет сравнительно слабую турбулентность и тем самым уменьшает вязкость газа что ускоряет конвективные движения. Выходя в верхние слои фотосферы, избыточный за счет конвекции поток тепла нагревает газ, и потому вокруг пятен наблюдаются факелы, а над факелами - флоккулы, кальциевые и водородные. Граница кальциевых флоккул определяет в целом границу активной области, водородные же флоккулы теснятся ближе к пятну - туда, где магнитное поле несколько сильнее: 10-15 Э. Возможно, что петлеобразная форма «выпирающих» магнитных силовых линий (рис. 41) определяет продвижение газовых потоков (вдоль силовых линий), что согласуется с наблюдаемым при помощи лучевых скоростей явлением втекания вещества внутрь пятна на большой высоте.

Рис. 41. Выход магнитного поля на поверхность Солнца (схема)

Хотя в неактивных областях Солнца магнитное поле имеет напряженность 1-2 Э, в отдельных местах, небольших по размерам, оно может достигать 100 Э. В тех же местах в фотосфере наблюдаются тогда небольшие яркие узлы.

Более высокая, чем окружающая, температура вместе с магнитным полем порождает перевес давления над окружающим веществом, так что узел должен быстро рассеяться, а для длительного его существования необходим приток газов извне, который может осуществиться, если основание узла в фотосфере холоднее, а давление ниже, чем в окружающей среде.

Более детальную картину горизонтальных движений на разных уровнях солнечной атмосферы в связи с тонкой структурой магнитных полей дают модифицированные спектрогелиографические наблюдения по методу Лейтона. Метод этот состоит в том, что одновременно получают спектрогелиографические крупномасштабные изображения свободного от пятен участка Солнца в лучах коротко- и длинноволнового крыла той или иной спектральной линии. Как уже говорилось выше (с. 47), удаляясь от центра линии, мы наблюдаем все более глубокие слои атмосферы Солнца, между тем как правое и левое крылья линии соответствуют в одном случае преимущественно приближающимся, а в другом - удаляющимся газовым массам. Сопоставление обеих спектрогелиограмм выявляет на поверхности Солнца потоки, движущиеся к наблюдателю и от него. Оказалось, что они локализуются в пределах ячеек поперечником около 30 тыс. км, так что в каждой ячейке имеется систематическое движение газовых масс от центра к периферии. Эти ячейки получили название супергранул. Они гораздо более долговечны, чем обычные гранулы, - их средняя продолжительность жизни составляет 40 часов. Они имеют угловатую форму, похожую на многоугольники.

Супергрануляция отражает явление конвекции на Солнце в гораздо большем масштабе, чем грануляция, захватывая не только большие площади, но и большие глубины. По условиям наблюдений (в крыльях различных линий) удается проследить эту конвекцию лишь в верхних слоях солнечной фотосферы. Наблюдаемая на -спектрогелиограммах ячеистая сетка относится уже к верхней хромосфере и не совпадает с сеткой супергрануляции. Наоборот, явление гранул, наблюдаемое в интегральном свете, относится к несколько большим глубинам, чем наблюдаемые области супергрануляции. Но как по распределению скоростей в супергранулах, так и по изучению движения индивидуальных гранул все перемещения солнечной плазмы идут к границам супергранул, унося с собой и магнитное поле. Здесь, встречаясь с подобным же потоком соседней супергранулы, плазма уходит вглубь, чем и обеспечивается постоянная циркуляция ее. Магнитное поле при этом остается (так как движение плазмы происходит вдоль силовых линий), и здесь его напряженность достигает значений в несколько десятков и даже сотен эрстед, а в углах ячеек даже до 1,5-2 тыс. эрстед, как это видно из наблюдений эффекта Зеемана. Таким образом, у каждой супергранулы имеется ограничивающий и охраняющий ее магнитный барьер. Но кроме этого граница супергранулы обладает более высокой температурой, чем ее центр, примерно на 2-4 %, что следует из возрастания яркости тех спектральных линий, которые усиливаются в пятнах, т. е. линий низкого возбуждения. Возрастание яркости в линиях свидетельствует об уменьшении числа поглощающих атомов, которое в данном случае происходит из-за возрастания возбуждения или ионизации.

Допускается, что в глубине фотосферы супергранулы частично сливаются, так как, за исключением углов ячеек, стенки супергранул представляют довольно слабый магнитный барьер при возрастающей плотности газов.

Влияние супер грануляционной структуры больше простирается вверх. При наблюдениях вблизи солнечного края супергранулы совпадают с ячейками факелов. Здесь, в фотосфере, только в этом случае супергрануляция может быть видима. Наоборот, в хромосфере супергрануляция проявляет себя той сеткой флоккул, которая отчетливо выступает на спектрогелиограммах в лучах CaII К. Эта сетка хорошо видна и на заатмосферных фотографиях Солнца в лучах ультрафиолетовых линий, перечисленных на с. 72, излучающих над хромосферой в переходном слое, но исчезает в лучах корональных линий, как, например, линии . Надо думать, что так далеко простираются и магнитные поля супер гранул, их окаймляющие. Только на корональных высотах они приобретают упорядоченный вид: магнитные линии идут радиально, определяя каналы, по которым движутся теплопроводящие электроны. Их движение, таким образом, стеснено, теплопроводность переходного слоя уменьшается и толщина его становится больше, чем при отсутствии поля. Разумеется, все сказанное относится к спокойным хромосфере и короне.

В последние годы ученые заметили, что Магнитное поле Земли ослабевает . Оно ослабевало последние 2000 лет, но в последние 500 лет этот процесс происходит неслыханными темпами.

Солнечное поле, напротив, сильно усилилось за последние 100 лет. С 1901 года солнечное поле усилилось на 230 %. Пока, ученые не совсем понимают, какие последствия это повлечет для землян.

Усиление Солнечного поля :

Согласно данным Наса, следующий, 24-й Солнечный цикл уже начался. В начале 2008 года была зафиксирована вспышка на Солнце, свидетельствующая об этом. Как предполагается, своего пика этот цикл достигнет к 2012 году .

Что же такое, эти темные пятна на солнце ? Попробуем разобраться.

Когда то, темные пятна на солнце считались мистическим явлением. Так считали до тех пор, пока не была установлена связь между пятнами на солнце и количеством тепла, выделяемого солнцем. Бурлящий на солнце газ создает мощнейшее магнитное поле, которое в некоторых местах разрывается, создавая что-то наподобие дыры или темного пятна, тем самым высвобождая часть своей энергии в космическое пространство.

Темные пятна рождаются внутри светила. У Солнца , как и у Земли, есть экватор. На солнечном экваторе скорость вращения энергии больше чем на солнечных полюсах. Таким образом, происходит постоянное перемешивание и взбалтывание солнечной энергии и в местах ее высвобождения, на поверхности Солнца, появляются темные пятна. Тепло от короны распространяется в космос.

День за днем солнце нам кажется одинаковыми. Однако, это не так. Солнце постоянно изменяется. длятся, в среднем, по 11 лет. «Солнечный минимум » – это цикл, с практически полным отсутствием пятен. Минимумы оказывает успокаивающее влияние на Землю, с ними связывают периоды похолодания на земле. «Солнечные максимумы » – это цикл, в период которого образуется множество пятен и коронарных выбросов .

Когда солнце очень активно, образуется много темных пятен и энергетические выбросы Солнца вызывают возмущение магнитного поля Земли, в связи с чем и было введено понятие «солнечный шторм », а в рамках долговременного процесса, объединить понятием «космическая погода».

Солнечный шторм

В период солнечного максимума коронарная активность наблюдается даже на полюсах Солнца . Вспышка на Солнце эквивалентна миллиардам мегатонн динамита. Концентрированные выбросы выделяют огромное количество энергии, которая достигает Земли примерно за 15 минут. Солнечные выбросы оказывают влияние не только на магнитное поле Земли, но и на космонавтов, на орбитальные спутники, на Земные электростанции, на самочувствие людей, а иногда вызывают повышение радиационного уровня. В 1959 году один наблюдатель увидел вспышку невооруженным глазом. Если сегодня случится подобная вспышка, то около 130 миллионов людей останутся без электричества, как минимум, на месяц. Все важнее понимать и прогнозировать солнечную погоду. Для этого в космическое пространство запущены спутники, с помощью которых можно наблюдать за пятнами на солнце еще до того, как оно повернется к Земле ударной стороной. Солнечная энергия дает жизнь всему, что существует на Земле. Солнце защищает нас от космического воздействия. Но защищая нас, иногда, оно может и навредить. Жизнь на Земле существует в результате очень тонкого баланса.

Солнечные пятна наблюдаются как области пониженной светимости на поверхности Солнца. Температура плазмы в центре солнечного пятна понижена до примерно 3700 K по сравнению с температурой 5700 K в окружающей фотосфере Солнца . Хотя отдельные солнечные пятна живут обычно не более нескольких дней, самые большие из них могут существовать на поверхности Солнца в течение нескольких недель. Солнечные пятна являются областями очень сильного магнитного поля , величина которого превышает величину магнитного поля Земли в тысячи раз. Чаще всего пятна формируются в виде двух близко расположенных групп, магнитное поле которых имеет разную полярность. Поле одной группы имеет положительную (или северную) полярность, а поле другой группы - отрицательную (или южную). Это поле наиболее сильное в самой темной части солнечного пятна - его тени. Линии поля здесь уходят в поверхность Солнца почти вертикально. В более светлой части пятна (его полутени) поле имеет меньшую величину, и его линии расположены более горизонтально. Солнечные пятна представляют огромный интерес для исследования, поскольку являются областями самых мощных солнечных вспышек , оказывающих наиболее сильное влияние на Землю.

Факелы

Гранулы - это малые (размером около 1000 км) элементы, похожие на ячейки неправильной формы, которые как сетка покрывают всю фотосферу Солнца , за исключением солнечных пятен . Эти поверхностные элементы являются верхней частью уходящих вглубь Солнца конвективных ячеек. В центре этих ячеек горячее вещество поднимается из внутренних слоев Солнца , затем растекается горизонтально по поверхности, охлаждается и опускается вниз на темных внешних границах ячейки. Отдельные гранулы живут совсем недолго, всего около 20 минут. В результате сетка грануляции постоянно меняет свой вид. Это изменение хорошо видно в фильме (470 kB MPEG) , полученом на Вакуумном Солнечном Телескопе в Швеции (Swedish Vacuum Solar Telescope). Потоки внутри гранул могут достигать сверхзвуковых скоростей более 7 км в секунду и производить звуковые "удары", которые приводят к формированию волн на поверхности Солнца .

Супергранулы

Супергранулы имеют конвективную природу, схожую с природой обычных гранул, но обладают заметно большими размерами (около 35,000 км). В отличие от гранул, которые видны на фотосфере обычным глазом, супергранулы чаще всего обнаруживают себя по эффекту Доплера, в соответствиии с которым излучение, поступающее от вещества, движущегося к нам, смещается по оси длин волн в голубую сторону, а излучение вещества, движущегося от нас, смещается в красную сторону. Супергранулы также покрывают всю поверхность Солнца и непрерывно эволюционируют. Отдельные супергранулы могут жить один или два дня и иметь среднюю скорость течения около 0.5 км в секунду. Конвективные потоки плазмы внутри супергранул сгребают линии магнитного поля к краям ячейки, где это поле формирует хромосферную сетку.