Солнце

Масса = 1.989.000.000.000.000.000.000.000.000.000 кг ( 1.989*1030 кг )

Температура поверхности = 6058° С

Температура в центре = 15.600.000° С

Диаметр = 1 392 000 км

     Солнце - источник жизни на земле

     Если спросить любого человека, какое из небесных светил имеет наибольшее значение для нас на Земле, то, наверно, услышим, что Солнце. Не будь Солнца, не было бы на Земле зеленых лугов, тенистых лесов и рек, цветущих садов, хлебных полей, не могли бы существовать ни человек, ни животные, ни растения.

     Значение Солнца для жизни на Земле человек чувствовал уже в далекие времена. Но первобытным людям Солнце представлялось каким-то сверхъестественным существом. Оно обожествлялось почти всеми народами древности.

     Наши предки славяне поклонялись богу солнечных лучей - Яриле. У древних римлян был бог Солнца - Аполлон. Цари и князья, чтобы возвеличить свою власть, старались внушить людям представление о своем происхождении от бога Солнца.

     Различные религиозные верования и обряды, связанные с этими древними представлениями о Солнце, сохранились и до наших дней, например в праздновании пасхи, которое всегда связано с наступлением весны и обновлением всей природы от живительных солнечных лучей.

     Всякое движение на Земле происходит главным образом за счет энергии, которая поступает к нам в солнечных лучах. Солнце - источник жизни на Земле.

     Великий русский ученый К. А. Тимирязев в своей замечательной книге 'Жизнь растения' писал: 'Когда-то где-то на Землю упал луч Солнца, но он упал не на бесплодную почву, он упал на зеленую былинку пшеничного ростка, или, лучше сказать, на хлорофилловое зерно. Ударяясь о него, он потух, перестал быть светом, но не исчез... В той или другой форме он вошел в состав хлеба, который послужил нам пищей. Он преобразился в наши мускулы, в наши нервы... Пища служит источником силы в нашем организме потому только, что она - не что иное, как консерв солнечных лучей...'

     Каждому наверняка известно, что нельзя смотреть на Солнце невооружённым глазом, а тем более в те-лескоп без специальных, очень тём-ных светофильтров или других устройств, ослабляющих свет. Пре-небрегая этим запретом, наблюда-тель рискует получить сильнейший ожог глаз. Самый простой способ рассматривать Солнце - это спрое-цировать его изображение на белый экран. При помощи даже маленько-го любительского телескопа можно получить увеличенное изображение солнечного диска. Что же видно на этом изображении?

     Прежде всего обращает на себя внимание резкость солнечного края. Солнце - газовый шар, не имеющий чёткой границы, плотность его убы-вает постепенно. Почему же в таком случае мы видим его резко очерчен-ным? Дело в том, что практически всё видимое излучение Солнца исходит из очень тонкого слоя, который име-ет специальное название - фото-сфера (греч. 'сфера света'). Его тол-щина не превышает 300 км. Именно этот тонкий светящийся слой и создаёт у наблюдателя иллюзию того, что Солнце имеет "поверхность".

     Что же говорит нам наука о Солнце? Как далеко Солнце от нас и как оно велико?

Расстояние от Земли до Солнца составляет почти 150 млн. км. Легко написать это число, но представить себе такое большое расстояние трудно. Быстрее всего в природе распространяется свет. Он идет со скоростью 300 тыс. км/сек. В течение одной секунды свет может почти восемь раз обойти вокруг Земли. При такой громадной скорости свету все же требуется больше 8 минут, чтобы дойти к нам от Солнца.

     На небе мы наблюдаем Солнце в виде диска сравнительно небольшого размера. Зная же расстояние от нас до Солнца и угол, под которым виден диск Солнца, можно вычислить действительный его диаметр. Солнечный диаметр оказывается в 109 раз больше диаметра земного шара.

     Чтобы составить шар, равный по объему Солнцу, нужно взять 1 301 000 таких шаров, как наша Земля. Представьте себе большой арбуз и зернышко пшена - это и даст вам понятие о сравнительных размерах Солнца и нашей планеты. Изучая движение планет под действием притяжения Солнца, астрономы определили массу Солнца. Она оказалась почти в 333 400 раз больше массы Земли. Сопоставьте это число с числом 1 301 000, которое представляет объем Солнца сравнительно с объемом земного шара. Это показывает, что Солнце состоит из вещества, почти в 4 раза менее плотного, чем Земля. Средняя плотность Земли по отношению к воде 5,5, а Солнца - 1,4, и тем не менее масса Солнца чрезвычайно велика. Если даже взять все планеты вместе с их спутниками, то окажется, что общая их масса почти в 750 раз меньше массы одного Солнца.

     От Солнца мы получаем очень много тепла и света. А зная, на каком громадном расстоянии оно находится от нас, можно заключить, каким же горячим оно должно быть.

     В самом деле, чем выше температура тела, чем оно сильнее накалено, тем оно ярче. Солнце ярче электрической дуги, которую впервые открыл и описал русский физик В. В. Петров. А ведь температура электрической дуги доходит до 3500°, и все вещества при такой температуре не только плавятся, но и обращаются в пар (газ). Температура Солнца еще выше. При помощи особых приборов ученым удалось определить, что температура на  поверхности Солнца достигает 6000°.

     Вследствие такой высокой температуры Солнце не может быть ни в твердом, ни в жидком состоянии.

     Солнце - это колоссальный шар, состоящий из раскаленных газов, в центре которого температура достигает 20 млн. градусов. Раскаленные солнечные газы находятся в постоянном движении

     Посмотрев на фотографию Солнца, снятую при помощи телескопа. Края солнечного диска менее ярки, чем его центральная часть. Это происходит потому, что от середины солнечного диска к нам проникают лучи из более глубоких, а потому и более горячих слоев солнечных газов, чем от краев. Слои Солнца, дающие яркий свет, составляют ту его видимую поверхность, которая называется фотосферой.

     В сильные телескопы фотосфера представляется не ровно сияющей, а имеет повсюду как бы зернистое строение. Вот как зарисовал фотосферу выдающийся русский астроном А. П. Ганский. Чередующиеся белые и темноватые зернышки или клубочки - так называемые гранулы - чрезвычайно изменчивы и все время находятся в движении. Из-за большой удаленности Солнца они даже в сильные телескопы едва заметны. В действительности же каждая гранула на Солнце имеет в длину от 700 до 1400 км. Это, вероятно, массы раскаленных газов, выталкиваемых из еще более горячих глубин.

     Такой вид Солнце имеет почти всегда. Уже давно, задолго до изобретения телескопов, было замечено, что иногда на Солнце появляются сравнительно большие темные пятна и группы пятен. В пятнах можно различить среднюю, более темную часть - так называемую тень и окаймляющую ее - полутень. Впоследствии с помощью телескопов такие пятна стали наблюдать регулярно. Некоторые пятна держатся на Солнце по несколько дней и даже месяцев. Перемещение таких пятен от одного края диена Солнца к противоположному краю дало возможность установить, что солнечный шар вращается. По скорости движения пятен удалось определить период вращения Солнца. При этом оказалось, что различные зоны Солнца вращаются с разной скоростью: на солнечном экваторе период вращения составляет 25 суток, а ближе к солнечным полюсам - больше 30 суток. На основании этого ученые сделали также вывод, что Солнце вращается, как газообразное, а не как твердое тело.

     Пятна на Солнце изменяются, распадаются на части и исчезают, диаметр отдельных больших пятен превосходит диаметр Земли. Пятна появляются не на всей поверхности Солнца, а только в двух сравнительно нешироких поясах по обе стороны солнечного экватора от 5° до 40°.

     Пятна только кажутся нам темными на очень ярком фоне фотосферы. На самом деле они также испускают свет, изучение которого позволило определить их температуру. Она оказалась ниже температуры фотосферы, но все же очень высокой - около 4500°. Это значит, что пятна состоят из раскаленных газов и представляют собой воронкообразные вихревые движения.

     Много лет астрономы наблюдали за пятнами в телескоп и подметили, что число их в разные годы бывает различным. Год, когда пятен особенно много, называется годом максимума пятен. Затем число их с каждым годом уменьшается, и лет через шесть они почти совсем пропадают. Наступает год минимума пятен. В следующие годы количество пятен опять увеличивается, а сами пятна становятся все крупнее, и лет через пять вновь наступает год максимума. Так это повторяется в среднем через каждые 11 лет, но иногда промежутки бывает меньше и больше (от 8 до 15 лет).

     После минимума появляются новые пятна - обычно на высоких широтах Солнца, а затем на все более низких.

     Около пятен часто видны более яркие, чем окружающая фотосфера, участки. Их назвали факелами. Они иногда встречаются и в тех областях, где нет пятен. Факелы особенно заметны у краев Солнца, где общий фон фотосферы не такой яркий. По-видимому, это более горячие области фотосферы.

     Гранулы, пятна и факелы находятся в фотосфере Солнца, над которой простирается солнечная атмосфера.

     Корональные дуги - это потоки газа, которые поднимаются на сотни тысяч километров над поверхностью Солнца, прежде чем упасть обратно в солнечную фотосферу со скоростью 100 км/с. Слева представлен снимок корональной дуги, полученный TRACE. Темным шариком в центре фоторгафии показан размер нашей планеты для сравнения с размерами Солнца.

     Раньше считалось, что петли нагреты равномерно, и, таким образом, должны быть более горячими на их вершинах, где поток газа более тонкий и не так эффективно излучает. Но данные, полученные с помощью корабля TRACE, показали, что петли состоят из ряда связанных друг с другом отдельных петель, и в среднем температура отдельных петель изменяется намного меньше, чем предсказывалось теорией.

Чрезвычайно высокая температура короны, простирающейся на миллионы километров от Солнца, была одной из самых больших загадок для астрономов, изучающих Солнце. Температура короны может достигать миллионов градусов, в то время как температура фотосферы - поверхности Солнца - составляет немного меньше 6000° Цельсия.

Новые наблюдения показывают, что источник энергии, разогревающий корону, находится в пределах 16000 километров от видимой поверхности Солнца. Петли газа нагреваются и поднимаются вдоль линий магнитного поля Солнца на высоту 480000 км, затем охлаждаются и падают на его поверхность со скоростью более 100 км/с. Миллионы корональных дуг различных размеров составляют корону Солнца.

Изображения, полученные зондом TRACE, показывают ультрафиолетовое излучение Солнца, испускаемое горячим газом, который составляет корональные дуги. Ультрафиолетовый свет невидим для человеческого глаза.

Ученые заинтересованы в том, чтобы лучше понимать процессы, происходящие в короне, так как это та часть Солнца, где генерируются солнечные бури. Солнечные бури, называемые так же выбросами корональной массы, являются случайными извержениями газа, потоки которого перемещаются по солнечной системе со скоростью 960 км/ч и больше. Солнечный ветер, произведенный такой бурей, как известно, временно изменяет магнитное поле Земли. Сильный солнечный шторм может приводить к повреждениям спутников, находящихся на орбите вокруг Земли.

Малый космический корабль TRACE был запущен на полярную околоземную орбиту в апреле 1998 года. В его задачи входит исследование области перехода между фотосферой и короной Солнца. Исследования проводятся в ультрафиолетовой области спектра с использованием 30 - сантиметрового телескопа

Во время полных солнечных затмений, когда вся фотосфера закрыта лунным диском, вокруг Солнца, у самого его края, видна слабо светящаяся красноватым светом кайма. Это слой раскаленных газов над фотосферой. За свою окраску он назван хромосферой. Она состоит из множества узких выступов пламени, отдельных струй, находящихся в движении. В сильный телескоп хромосфера имеет вид горящей травы в степи. Хромосфера простирается над фотосферой на высоту до 14 тыс. км. Она в общем так же нагрета, как фотосфера в своем верхнем слое. Временами в хромосфере наблюдаются блестящие вспышки вблизи солнечных пятен, развивающиеся в течение нескольких минут и затем угасающие, - как бы взрывы. Они отличаются очень сильным излучением, которое, достигая Земли, оказывает большое влияние на некоторые явления в земной атмосфере.

     В отдельных местах хромосферы во время затмений бывают видны вздымающиеся над ней красноватые выступы газов, названные протуберанцами. Астрономы, наблюдая на протяжении долгого времени Солнце, выяснили, что протуберанцы - это громадные струи солнечного вещества, одинаковые по своему составу с хромосферой.

Астрономы установили, что протуберанцы изменяются по-разному: одни медленно, сохраняясь дни и месяцы, другие - быстро. Нередко они вздымаются над солнечной поверхностью на сотни тысяч километров и вскоре исчезают. Иногда протуберанцы появляются высоко над хромосферой и затем опускаются к ней. Некоторые протуберанцы связаны с темными пятнами. Наблюдается также движение солнечного вещества от одногопротуберанца к другому. Протуберанцы могут появляться на всей поверхности Солнца - от экватора до полюсов. Температура протуберанцев 7000 - 10 000°, т. е. выше температуры хромосферы .

     Количество протуберанцев на Солнце меняется в среднем за тот же 11-летний период, как и число пятен и факелов. В годы максимума пятен всегда больше и протуберанцев. Во время солнечных затмений можно видеть не только красноватую хромосферу и выступающие из нее - протуберанцы, но и самую внешнюю оболочку Солнца, светящуюся слабым серебристым светом. Ее называют короной. В разные годы солнечная корона имеет неодинаковый вид. Астроном А. П. Ганский установил, что вид короны связан с количеством пятен на Солнце. В годы максимума пятен корона широко раскинута вокруг Солнца, образуя как бы светлый венец. В годы же минимума пятен корона вытянута вдоль экватора Солнца. Корона Солнца и его хромосфера излучают радиоволны, которые принимают на Земле при помощи радиотелескопов.

     В общем же все явления на Солнце связаны между собой, а их интенсивность периодически усиливается и ослабляется в среднем через каждые 11 лет. Так как этот период не всегда одинаков, нельзя заранее точно предсказать наступление максимумов и минимумов явлений на Солнце и их интенсивность; необходимо все время наблюдать за Солнцем и отмечать все происходящие на нем изменения

     Из чего состоит Солнце? Об этом рассказывает нам спектр солнечных лучей.

Солнечные лучи идут к нам от очень горячей фотосферы и проходят через газы солнечной атмосферы, из которых каждый химический элемент поглощает определенные лучи. Поэтому спектр солнечных лучей и получается в виде цветной полосы с отдельными темными линиями. По этим линиям и определили состав солнечной атмосферы.

Оказалось, что на Солнце больше всего водорода, а затем гелия. Открыто там много и других химических элементов (кислород, кальций, железо, магний, натрий и др.), но все вместо они составляют очень малую долю по сравнению с водородом. На Солнце не обнаружено никаких химических элементов, помимо тех, которые имеются на Земле. Это указывает на то, что небесные тела состоят из тех же веществ, что и Земля. Но на разных небесных телах вещество может находиться в самых различных состояньях.

Корона во внутренней части представляет собой чрезвычайно разреженное облако легких частичек, главным образом частичек электричества - электронов, выделяющихся из нижележащих слоев. Все они быстро движутся в разных направлениях, но преимущественно в сторону от Солнца. Скорость их так же велика, как у газа при температуре до миллиона градусов. Во внешней части короны к ним примешаны и частички пыли, которая носится в межпланетном пространстве.

Астрономы много сделали для изучения различных явлений на Солнце, в особенности во время полных солнечных затмении. Ведь те несколько минут, в течение которых происходит полное солнечное затмение, являются лучшим временем для наблюдения солнечной короны, хромосферы, протуберанцев и многих других явлений, происходящих на Солнце. В настоящее время, впрочем, созданы специальные приборы и методы, при помощи которых можно исследовать многие области Солнца и без затмении; построены и специальные солнечные обсерватории.

В нашей стране изучением Солнца особенно успешно занимаются Крымская астрофизическая обсерватория и Горная солнечная станция Пулковской обсерватории около Кисловодска на Кавказе

Изучение истории Земли показывает, что наша планета в течение миллиардов лет получала от Солнца столько же тепла и света, сколько получает и теперь. Это значит, что за это время количество тепла и света, излучаемого Солнцем, существенно не менялось. Но все изменения, которые происходят в поверхностных слоях Солнца, отражаются на явлениях, происходящих на Земле.

     Жителям полярных стран хорошо знакомы полярные сияния. Они особенно часто наблюдаются за полярными кругами и представляют необычайно красивое зрелище. Обычно сперва появляется слабое свечение, часто с заметной окраской. Понемногу оно становится ярче, и в нем показываются полосы, напоминающие колышущиеся занавесы.

Явление полярных сияний происходит в атмосфере Земли на высоте от 100 км и выше. Чаще всего полярные сияния наблюдаются в годы максимумов пятен на Солнце.

Еще 200 лет назад М. В. Ломоносов, сам много раз любовавшийся этими красочными воздушными занавесами, правильно подошел к пониманию природы полярных сияний. Он писал: 'Весьма вероятно, что северные сияния рождаются от происшедшей на воздухе электрической силы'.

     Дело в том, что Солнце не только испускает лучи света, радиолучи, но и выбрасывает частички вещества, среди которых много заряженных электричеством. Приближаясь к Земле, потоки частиц сосредоточиваются вокруг магнитных полюсов Земли. Влетая с большой скоростью в самые верхние, наиболее разреженные слои атмосферы, они ударяются об отдельные частицы разреженного воздуха, вызывают их свечение и сами светятся. Эти потоки электрически заряженных частиц, как и всякий электрический ток, несут с собой магнитные силы, которые влияют и на магнетизм Земли. В результате наблюдается колебание магнитной стрелки компаса, иногда очень сильное, называемое магнитной бурей. Тогда компас становится ненадежным путеводителем. В это же время иногда происходят нарушения телеграфной и телефонной связи между далекими пунктами.

     Влияние потоков частиц вещества, несущихся от Солнца к Земле, сказывается и на распространении радиоволн: слышимость ухудшается иногда до такой степени, что приходится прекращать радиоприем, особенно на коротких волнах. Это бывает обычно в периоды, когда на Солнце больше пятен, факелов или ярких вспышек. Замечено еще, что в годы максимума солнечных пятен на Земле бывает больше гроз. В этом также проявляется действие потоков заряженных электричеством частиц, выбрасываемых Солнцем.

     Очень важно знать, как изменения на Солнце влияют на перемену погоды и на радио. Для этого в России и в других странах созданы так называемые Службы Солнца.

С запуском искусственных спутников Земли представилась возможность исследовать солнечное излучение при помощи приборов, помещенных в спутниках для улавливания тех лучей, которые поглощаются нашей атмосферой и не доходят до земли

Откуда берется энергия Солнца, не остывает ли оно и долго ли еще будет снабжать Землю теплом и светом? Делалось много разных предположений об источниках солнечной энергии. Но только новые открытия физики позволили это объяснить. Зная, что происходит в наружных слоях Солнца, и пользуясь законами физики, астрономы установили, что в недрах Солнца температура около 20 млн. градусов. В этих условиях происходит сложное превращение самого легкого элемента - водорода - в гелий. При этом выделяется огромное количество атомной энергии, которой вполне достаточно, чтобы обеспечить излучение Солнца. Водорода же на Солнце очень много. Подсчитано, что его хватит еще на десятки миллиардов лет. Поэтому нам не грозит никакая катастрофа из-за ослабления солнечного излучения

     30 июня 1954 г. на территории Кавказа, Украины и Белоруссии наблюдалось полное солнечное затмение. Еще задолго до этого дня газеты и радио широко оповестили население нашей страны о предстоящем интересном явлении природы. Ученые Москвы, Петербурга, Казани и многих других городов съехались в полосу видимости солнечного затмения. Они привезли с собой сложнейшие приборы. И вот наступил день затмения Солнца. Природа живет своей обычной жизнью. В синем небе ярко сияет Солнце. Ничто не предвещает грядущего события. Но постепенно солнечный свет начинает ослабевать. На правом крае Солнца появляется ущерб. Он медленно увеличивается, и солнечный диск принимает форму серпа, обращенного выпуклостью влево. Темнота сгущается. Становится прохладнее. Наконец, последний солнечный луч гаснет, на всю окружающую местность ложится полумрак. Небо принимает ночной вид, на нем вспыхивают яркие звезды. Вдоль горизонта появляется кольцо оранжевого оттенка.

Это наступило полное солнечное затмение. На месте погасшего светила виден черный диск, окруженный серебристо-жемчужным сиянием.

Напуганные внезапно наступившей темнотой, животные и птицы замолкают и спешат укрыться на ночной покой, многие растения свертывают листья; 2, 3, иногда 5 минут длится необычная темнота. Но вот справа из-за черного диска появляется край Солнца, и вновь вспыхивают яркие солнечные лучи. В тот же миг исчезает серебристо-жемчужное сияние, гаснут звезды. Словно на заре, поют петухи, возвещая о наступлении дня. Вся природа опять оживает.

Солнце снова принимает вид серпа, но теперь уже повернутого выпуклостью в другую сторону, как серп молодой Луны. Серп увеличивается, и уже через час в небе все как обычно.

     Солнечное затмение представляет собой величественное и очень красивое явление природы. Никакого вреда растениям, животным и человеку оно, конечно, причинить не может. Но не так думали люди в далеком прошлом. Явление солнечного затмения знакомо человеку с глубочайшей древности. Когданаука только зарождалась, человек не знал, отчего происходят затмения. Панический страх вызывало у людей неожиданное, таинственное исчезновение лучезарного светила. В угасании Солнца среди бела дня они видели проявление неведомых, сверхъестественных сил.

У восточных народов существовало поверье, что во время затмения некое злое чудовище - дракон - пожирает Солнце. В Древнем Китае во время солнечных затмений жители, чтобы отогнать дракона и освободить Солнце, били в барабаны, встречали затмение звуками гонга, звоном колокольчиков, пели молитвы.

Отголоски этих древних представлений человека встречались и в сравнительно недавнее время. Так, в Турции во время затмения 1877 г. перепуганные жители стреляли из ружей в Солнце, желая прогнать шайтана - злого духа, по их мнению пожиравшего Солнце.

И даже тогда, когда действительная причина солнечных затмений была уже известна ученым, все-таки часто затмение вызывало у населения страх. Люди считали, что затмение послано богом и предвещает конец мира, голод, какое-либо несчастье. Эти суеверные представления сеяли среди народа служители сектантских культов , чтобы держать народные массы в повиновении.

Что же такое солнечное затмение? Нам часто приходится наблюдать, как в ясный, солнечный день тень от облака, подгоняемого ветром, пробегает по земле и достигает того места, где мы находимся. Облако скрывает Солнце. Между тем другие места, находящиеся вне этой тени, остаются освещенными Солнцем.

Во время затмения Луна проходит между нами и Солнцем и скрывает его от нас.

Рассмотрим подробнее условия, при которых может наступить затмение Солнца.

Наша планета, Земля, вращаясь в течение суток вокруг своей оси, одновременно движется вокруг Солнца и за год делает полный оборот. У Земли есть спутник - Луна. Луна движется вокруг Земли и полный оборот совершает за время около месяца.

Взаимное расположение этих трех небесных тел все время меняется. При своем движении вокруг Земли Луна оказывается между Землей и Солнцем.

Луна - темный непрозрачный твердый шар. Оказавшись между Землей и Солнцем, она, словно громадная заслонка, закрывает собой Солнце

     30 июня 1954 г. на территории Кавказа, Украины и Белоруссии наблюдалось полное солнечное затмение. Еще задолго до этого дня газеты и радио широко оповестили население нашей страны о предстоящем интересном явлении природы. Ученые Москвы, Петербурга, Казани и многих других городов съехались в полосу видимости солнечного затмения. Они привезли с собой сложнейшие приборы. И вот наступил день затмения Солнца. Природа живет своей обычной жизнью. В синем небе ярко сияет Солнце. Ничто не предвещает грядущего события. Но постепенно солнечный свет начинает ослабевать. На правом крае Солнца появляется ущерб. Он медленно увеличивается, и солнечный диск принимает форму серпа, обращенного выпуклостью влево. Темнота сгущается. Становится прохладнее. Наконец, последний солнечный луч гаснет, на всю окружающую местность ложится полумрак. Небо принимает ночной вид, на нем вспыхивают яркие звезды. Вдоль горизонта появляется кольцо оранжевого оттенка.

Это наступило полное солнечное затмение. На месте погасшего светила виден черный диск, окруженный серебристо-жемчужным сиянием.

Напуганные внезапно наступившей темнотой, животные и птицы замолкают и спешат укрыться на ночной покой, многие растения свертывают листья; 2, 3, иногда 5 минут длится необычная темнота. Но вот справа из-за черного диска появляется край Солнца, и вновь вспыхивают яркие солнечные лучи. В тот же миг исчезает серебристо-жемчужное сияние, гаснут звезды. Словно на заре, поют петухи, возвещая о наступлении дня. Вся природа опять оживает.

Солнце снова принимает вид серпа, но теперь уже повернутого выпуклостью в другую сторону, как серп молодой Луны. Серп увеличивается, и уже через час в небе все как обычно.

Солнечное затмение представляет собой величественное и очень красивое явление природы. Никакого вреда растениям, животным и человеку оно, конечно, причинить не может. Но не так думали люди в далеком прошлом. Явление солнечного затмения знакомо человеку с глубочайшей древности. Когданаука только зарождалась, человек не знал, отчего происходят затмения. Панический страх вызывало у людей неожиданное, таинственное исчезновение лучезарного светила. В угасании Солнца среди бела дня они видели проявление неведомых, сверхъестественных сил.

У восточных народов существовало поверье, что во время затмения некое злое чудовище - дракон - пожирает Солнце. В Древнем Китае во время солнечных затмений жители, чтобы отогнать дракона и освободить Солнце, били в барабаны, встречали затмение звуками гонга, звоном колокольчиков, пели молитвы.

Отголоски этих древних представлений человека встречались и в сравнительно недавнее время. Так, в Турции во время затмения 1877 г. перепуганные жители стреляли из ружей в Солнце, желая прогнать шайтана - злого духа, по их мнению пожиравшего Солнце.

И даже тогда, когда действительная причина солнечных затмений была уже известна ученым, все-таки часто затмение вызывало у населения страх. Люди считали, что затмение послано богом и предвещает конец мира, голод, какое-либо несчастье. Эти суеверные представления сеяли среди народа служители сектантских культов , чтобы держать народные массы в повиновении.

Что же такое солнечное затмение? Нам часто приходится наблюдать, как в ясный, солнечный день тень от облака, подгоняемого ветром, пробегает по земле и достигает того места, где мы находимся. Облако скрывает Солнце. Между тем другие места, находящиеся вне этой тени, остаются освещенными Солнцем.

Во время затмения Луна проходит между нами и Солнцем и скрывает его от нас.

Рассмотрим подробнее условия, при которых может наступить затмение Солнца.

Наша планета, Земля, вращаясь в течение суток вокруг своей оси, одновременно движется вокруг Солнца и за год делает полный оборот. У Земли есть спутник - Луна. Луна движется вокруг Земли и полный оборот совершает за время около месяца.

Взаимное расположение этих трех небесных тел все время меняется. При своем движении вокруг Земли Луна оказывается между Землей и Солнцем.

Луна - темный непрозрачный твердый шар. Оказавшись между Землей и Солнцем, она, словно громадная заслонка, закрывает собой Солнце

     Солнце - обычная звезда класса G2, одна из более чем 100 миллиардов звезд нашей Галактики.

Солнце - самый большой объект Солнечной системы, содержащий 99.8% массы всей Солнечной системы (большая часть остальной массы приходится на Юпитер).

Олицетворение Солнца встречаетя во многих мифологиях: у греков это Гелиос, у римлян - Сол.

На сегодняшний день 75% массы Солнца составляет водород и 25% - гелий (по числу атомов - 92.1% водорода и 7.8% гелия), остальные элементы составляют только 0.1%. Это соотношение медленно изменяется блягодаря тому, что в ядре происходит превращение водорода в гелий.

Внешние слои Солнца циклически сдвигаются: в районе экватора они совершают оборот за 25.4 дня; вблизи полюса - за 36 дней. Это неравномерное вращение обусловлено тем, что Солнце не является твердым телом, подобно Земле. Подобные эффекты замечены и у газовых планет. Дифференциальное вращение простирается глубоко во внутренние слои Солнца, но ядро вращается как твердое тело.

Условия в ядре Солнца (приблизительно 25% радиуса) критические: температура составляет 15.6 миллионов К, давление - 250 миллиардов атмосфер. Газ ядра спрессован до плотности, в 150 раз превышающей плотность воды.

Испускаемая Солнцем энергия в 3.86e33 эрг/сек, или 386 миллиард миллиардов мегаватт, производится текущими в нем реакциями ядерного синтеза. Каждую секунду приблизительно 700 000 000 тонн водорода превращается в 695 000 000 тонн гелия и 5 000 000 тонн (= 3.86e33 эрг) энергии в форме гамма лучей. Поскольку эта энергия распространяется от ядра к поверхности, она непрерывно поглощается и заново испускается при все более и более низких температурах, так что к тому времени, когда она достигает поверхности, то испускается прежде всего как видимый свет. Последние 20% пути к поверхности энергия переносится больше конвекцией, чем излучением.

Tемпература поверхности Солнца, называемой фотосферой, составляет примерно 5800 К. Солнечные пятна - "холодные" области с температурой 3800 К. Они выглядят темными только потому, что их окружают области с гораздо более высокой температурой. Солнечные пятна могут быть очень большими - более чем 50 000 км в диаметре. Они обусловлены сложными и пока не очень хорошо понятыми мзаимодействиями Солнечного магнитного поля. Над фотосферой находится небольшая область, называемая хромосферой.

Cильно разреженная область выше хромосферы, называемая короной, простирается на миллионы километров в космос, и видима только во время затмений. Температура короны более чем 1 000 000 K.

Магнитное поле Солнца очень мощное (по земным стандартам) и очень сложное. Это магнитосфера, или гелиосфера, простирающаяся за орбиту Плутона.

Kроме тепла и света, Солнце испускает также поток заряженных частиц (обычно электронов и протонов), известный как солнечный ветер, который распространяетcя через Солнечную систему со скоростью приблизительно 450 км/сек. Солнечный ветер и другие, намного более высоко-энергетичные частицы, излучаемые солнечными вспышками, моут вызывать различные эффекты на Земле от колебаний в линиях электропередач и радиопомех до северного полярного сияния.

Tемпература поверхности Солнца, называемой фотосферой, составляет примерно 5800 К. Солнечные пятна - "холодные" области с температурой 3800 К. Они выглядят темными только потому, что их окружают области с гораздо более высокой температурой. Солнечные пятна могут быть очень большими - более чем 50 000 км в диаметре. Они обусловлены сложными и пока не очень хорошо понятыми мзаимодействиями Солнечного магнитного поля. Недавние данные, полученные с помощью космического корабля Ulysses, показывают, что потоки солнечного ветра, испускаемые полярными областями, имеют скорости (750 километров в секунду), почти в два раза превышающие скорости потоков, испускаемых областями более низких широт. Состав солнечного ветра от разных областей также различается. Солнечная активность непостоянна. Существовал период очень низкой активности Солнечных пятен во второй половине 17 века, который совпал по времени с аномально холодным периодом в северной Европе, иногда называемым малым ледниковым периодом. Со времени формирования Солнечной системы излучение Солнца увеличилось примерно на 40%.

Возраст Солнца - приблизительно 4.5 миллиарда лет. Процессы, происходящие в нем начиная с рождения, исчерпали приблизительно половину водорода, содержавшегося в ядре. Оно продолжит излучать "мирно" еще около 5 миллиардов лет. Но в конечном счете водородное топливо будет исчерпано. Это приведет к радикальным переменам, в результате которых, как это ни банально по звездным стандартам, произойдет полное разрушение Земли (и, возможно, образование планетарной туманности)

     Допустим, что можно остановить вращение Земли и наблюдать только смещение Солнца относительно звезд. Систематически наблюдая в одно и то же вечернее время за положением ярких звезд и созвездий в западной части неба, следует убедиться в том, что с каждым днем созвездия заходят все раньше и раньше, т.е. перемещаются навстречу Солнцу. Таким образом, исчезают для наблюдений те созвездия, в которые входит Солнце, и наоборот, утром становятся видимыми те, с которых сходит Солнце. Эти созвездия все раньше восходят в восточной части неба.

Но Солнце перемещается не только в плоскости небесного экватора (изменяется прямое восхождение - alfa), но и в перпендикулярном направлении (изменяется склонение - delta). В этом можно убедиться, пронаблюдав высоту Солнца в полдень в разное время года.

Звезды, имеющие постоянное склонение, кульминируют всегда на одной и той же высоте, Солнце же в летнее время в полдень поднимается высоко над горизонтом, а зимой проходит низко, что отражается и на продолжительности дня и на количестве получаемой теплоты. Следовательно, Солнце летом отклоняется от плоскости небесного экватора в одну сторону, к северному полюсу, а летом - в другую, к южному полюсу.

Точно в плоскости экватора Солнце находится в дни осеннего и весеннего равноденствий, когда продолжительность дня равна продолжительности ночи. Измерениями простейшими угломерными приспособлениями или по тени от гномона (вертикального шеста) можно определить высоту Солнца в полдень летом - hs, а также зимой - hw. Из связи астрономических системы координат с широтой местности известно, что высота светила в верхней кульминации h равна:

h = 90 - fi + delta,

где: fi - широта данного места, delta - склонение, угловое расстояние светила от небесного экватора.

Поскольку широта местности не меняется, из изменений высоты Солнца следует, что меняется его склонение. Широту местности приближенно для данного населенного пункта можно определить по географической карте (для Ростова 47° 13' ), тогда по измерениям высоты h можно найти, что летом максимальное удаление от небесного экватора составляет +23.5°, а в зимнее время равно -23.5°. Также можно установить, что на небесном экваторе Солнце находится 21 марта и 23 сентября, в эти дни склонение Солнца равно 0°.

Таким образом, на звездной карте можно прочертить годичный путь Солнца относительно звезд, который представляет собой большой круг, наклоненный к экватору под углом в 23.5|, называемый эклиптикой. Созвездия, по которым проходит эклиптика, называются зодиакальными. В настоящее время выделено 12 таких созвездий ( Рыбы, Овен, Телец, Близнецы, Рак, Лев, Дева, Весы, Скорпион, Стрелец, Козерог, Водолей ) и считается, что в течение месяца Солнце находится в каждом таком созвездии, примерно в 20-х числах переходя из одного созвездия в другое. Отсюда следует, что зодиакальное созвездие, в котором в данное время находится Солнце, не может быть наблюдаемо, так как оно выходит и заходит вместе с ярким диском Солнца, но зато в полночь хорошо наблюдаются противоположные созвездия, в которых Солнце находилось 6 месяцев назад.

Различают хорошо наблюдаемые зимние зодиакальные созвездия такие, как Телец, Близнецы, Рак, Лев и летние - Весы, Скорпион, Стрелец, Козерог. Следует помнить, что годичное перемещение Солнца относительно звезд является в действительности результатом движения Земли вокруг Солнца

     Солнечная атмосфера так же состоит из нескольких различных слоёв. Самый глубокий и тонкий из них - фотосфера, непосредственно наблюдаемая в видимом непрерывном спектре. Толщина фотосферы приблизительно около 300 км. Чем глубже слои фотосферы,тем они горячее. Во внешних более холодных слоях фотосферы на фоне непрерывного спектра образуются Фраунгоферовы линии поглощения. Во время наибольшего спокойствия земной атмосферы можно наблюдать характерную зернистую структуру фотосферы.Чередование маленьких светлых пятнышек - гранул - размером около 1000 км.,окруженных тёмными промежутками,создаёт впечатление ячеистой структуры - грануляции.

Возникновение грануляции связано с происходящей под фотосферой конвекцией. Отдельные гранулы на несколько сотен градусов горячее окружающего их газа,и в течение нескольких минут их распределение по диску Солнца меняется. Спектральные измерения свидейтельствуют о движении газа в гранулах,похожих на конвективные:в гранулах газ поднимается,а между ними - опускается.Это движение газов порождают в солнечной атмосфере акустические волны,подобные звуковым волнам в воздухе.

Распространяясь в верхние слои атмосферы ,волны,возникшие в конвективной зоне и в фотосфере,передают им часть механической энергии конвективных движений и производят нагревание газов последущих слоёв атмосферы - хромосферы и короны. В результате верхние слои атмосферы с температурой около 4500° К оказываются самыми "холодными" на Солнце. Как вглубь,так и вверх от них температура газов быстро растёт. Расположенный над фотосферой слой называют хромосферой,во время полыых солнечных затмнений в те минуты,когда Луна полностью закрывает фотосферу,виден как розовое кольцо,окружающее тёмный диск. На краю хромосферы наблюдаются выступающие язычки пламени - хромосферные спикулы, представляющие собой вытянутые столбики из уплотнённого газа. Тогда же можно наблюдать и спектр хромосферы,так называемый спектр вспышки. Он состоит из ярких эмиссионых линий водорода,гелия,ионизированного кальция и других элементов,которые внезапно вспыхивают во время полной фазы затемнения. Выделяя излучение Солнца в этих линиях,можно получить его изображение.Хромосфера отличается от фотосферы значительно более неправильной неоднородной структурой. Заметно два типа неоднородностей - яркие и тёмные. По своим размерам они привышают фотосферные гранулы.

В целом распределение неоднородностей образует так называемую хромосферную сетку,особенно хорошо заметную в линии ионизированного кальция. Как и грануляция,она является следствием движения газов в подфотосферной конвективной зоне,только происходящих в более крупных масштабах. Температура в хромосфере быстро растёт,достигая в верхних её слоях десятков тысяч градусов. Самая верхняя и самая разряжённая часть солнечной атмосферы - корона,прослеживающаяся от солнечного лимба до расстояний в десятки солнечных радиусов и имеющая температуру около миллиона градусов. Корону можно видеть только во время полного солнечного затмнения либо с помощью коронографа.

Вся солнечная атмосфера постоянно колеблется. В ней распространяются как вертикальные,так и горизонтальные волны с длинами в несколько тысяч километров. Колебания носят резонансный характер и поисходят с периодом около 5 мин. В возникновении явлений происходящих на Солнце большую роль играют магнитные поля. Вещество на Солнце всюду представляет собой намагниченную плазму. Иногда в отдельных областях напряженность магнитного поля быстро и сильно возрастает.Этот процесс сопровождается возникновенем целого комплекса явлений солнечной активности в различных слоях солнечной атмосферы. К ним относятся факелы и пятна в фотосфере, флоккулы в хромосфере, протуберанцы в короне. Наиболее замечательным явлением,охватывающим все слои солнечной атмосферы и за зарождающимся в хромосфере,являются солнечные вспышки.

     Радиоизлучение Солнца имеет две составляющие постоянную и переменную во ремя сильных солнечных вспышек радиоизлучение Солнца возрастает в тысячи и даже миллионы раз по сравнению с радиоизлучение спокойного Солнца. Ренгеновские лучи исходят в основном от верхних слоёв атмосферы и короны. Особенно сильным излучение бывает в годы максимума солнечной активности. Солнце излучает не только свет,тепло и все другие виды электромагнитного излучения. Оно также является источником постоянного потока частиц - корпускул.

Нейтрино,электроны,протоны,алфа-частицы,а так же более тяжелые атомные ядра составляют корпускулярное излучение Солнца. Значительная часть этого излучения представляет собой более или менее непрерывное истечение плазмы - солнечный ветер, являющийся продолжением внешних слоёв Солнечной атмосферы - солнечной короны. На фоне этого постоянно дующего плазменного ветра отдельные области на Солнце являются источниками более направленных,усиленных,так называемых корпускулярных потоков. Скорее всего они связаны с особыми областями Солнечной короны - коронными дырами,а также,возможно,с долгоживущими активными областями на Солнце.

Наконец,с солнечными вспышками связаны наиболее мощные кратковременные потоки частиц,главным образом электронов и протонов. В результате наиболее мощных вспышек частицы могут приобретать скорости,составляющие заметную долю скорости света.Частица с такими большими энергиями называются солнечными космическими лучами. Солнечное корпускулярное излучение оказывает сильное влияние на Землю,и прежде всего на верхние слои её атмосферы и магнитное поле,вызывая множество интерестых геофизических явлений.

     Солнечная активность - совокупность явлений, переодически возникающих в солнечной атмосфере. Проявления солнечной активности тесно связаны с магнитными свойствами солнечной плазмы. Возникновение активной области начинается с постепенного увиличения магнитного потока в некоторой области фотосферы. В соответствующих местах хромосферы после этого наблюдается увиличение яркости в линиях водорода и кальция. Такие области называют флоккулами Примерно в тех же участках на Солнце в фотосфере (т.е. несколько глубже) при этом также наблюдается увиличение яркости в белом (видимом) свете - факелы. Увиличение энергии,выделяющейся в области факела и флоккула,является следствием увиличившихся до нескольких десятков экстред напряженности магнитного поля. Затем в солнечной активности наблюдаются солнечные пятна,возникающие через 1-2 дня после появления флоккула в виде маленьких чёрных точек - пор. Многие из них вскоре исчезают,и лишь отдельные поры за 2-3 дня превращаются в крупные тёмные образования. Типичное солнечное пятно имеет размеры в несколько десятков тясяч километров и состоит из тёмной центральной части - тени и волокнистой полутени.

Важнейшая особенность пятен - наличие в них сильных магнитных полей,достигающих в области тени наибольшей напряжённости в несколько тысяч экстред. В целом пятно представляет собой выходящую в фотосферу трубку силовых линий магнитного поля,целиком заполняющих одну или несколько ячеек хромосферной сетки. Верхняя часть трубки расширяется,и силовые линии в ней расходятся,как колосья в снопе. Поэтому вокруг тени магнитные силовые линии принимают направление,близкое к горизонтальному. Полное,сумарное давление в пятне включает в себя давление магнитного поля и уравновешивается лавлением окружающей фотосферы,поэтому газовое давление в пятне оказывается меньшим,чем в фотосфере Магнитное поле как бы расширяет пятно изнутри. Кроме того,магнитное поле подавляет конвективные движения газа,переносящие энергию из глубины вверх.

Вследствие этого в области пятна температура оказывается меньше примерно на 1000К. Пятно как бы охлаждённая и скованная магнитным полем яма в солнечной фотосфере. Большей частью пятна возникают целыми группами,в которых,однако,выделяются два больших пятна. Одно,нибольшее, - на западе,а другое,чуть поменьше,- на востоке. Вокруг и между ними часто бывает множество мелких пятен. Такая группа пятен называется биополярной,потому что у обоих больших пятен всегда противоположная полярность магнитного поля. Они как бы связаны с одной и той же трубкой силовых линий магнитного поля,которая в виде гиганской петли вынырнула из-под фотосферы,оставив концы где-то в ненаблюдаемых,глубоких слоях. То пятно,которое соответствует выходу магнитного поля из фотосферы,имеет северную полярность,а то,в области которого силовые линии входят обратно под фотосферу, - южную. Самое мощное проявление фотосферы - это вспышки.

Они происходят в сравнительно небольших областях хромосферы и короны,расположенных над группами солнечных пятен. По своей сути вспышка - это взрыв,вызванный внезапным сжатием солнечной плазмы. Сжатие происходит под давлением магнитного поля и приводит к образованию длинного плазменного жгута или ленты. Длина такого образования составляет десятки и даже сотни тысяч километров. Продолжается вспышка обычно около часа.Хотя детально физические процессы,приводящие к возникновению вспышек,ещё не изучены,ясно,что они имеют электромагнитную природу.

Наиболее грандиозными образованиями в солнечной атмосфере являются протуберанцы - сравнительно плотные облака газов,возникающие в солнечной короне или выбрасываемые в неё из хромосферы. Типичный протуберанец имеет вид гиганской светящейся арки,опирающейся на хромосферу и образованной струями и потоками более плотного и холодного,чем окружающая корона, вещества. Иногда это вещество удерживается прогнувшимся под его тяжестью силовыми линиями магнитного поля,а иногда медленно стекает вдоль магнитных силовых линий. Имеется множество различных типов протуберанцев. Некоторые из них связаны со взрывоподобными выбросами вещества из хромосферы в корону. Общая активность Солнца, характеризуемая количеством и силой проявления центров солнечной активности,периодически изменяется. Существует множество различных удобных способов оценивать уровень солнечной активности. Обычно пользуются наиболее простым и введённым раньше всех способом - числами Вольфа.

Числа Вольфа пропорциональны сумме полного числа пятен,наблюдаемых в данный момент на Солнце,и удесятерённого числа групп,которые они образуют. Период времени,когда количество центров активности наибольшее называют максимумом солнечной активности,а когда их совсем нет или почти совсем нет - минимумом. Максимумы и минимумы чередуются в среднем с периодом 11 лет.Это составляет так называемый 11-ти летний цикл солнечной активности.

     Солнечная корона - самые внешние,очень разряженные слои атмосферы Солнца. Во время полной фазы солнечного затмнения вокруг диска Луны,который закрывает от наблюдателя яркую фотосферу,внезапно как бы вспыхивает жемчуженое сияние.Это на несколько десятков секунд становится видимой солнечная корона. Важной особенностью короны является её лучистая структура.

Лучи бывают разной длины,вплоть до десятка и более солнечных радиусов. Общая форма короны меняется с фазами цикла солнечной активности:в годы максимума корона почти сферична,в годы минимума она сильно вытянута вдоль экватора. Корона представляет собой сильно разряжённую высокоионизированную плазму с температурой 1-2 миллиона градусов. Причина столь большого нагрева солнечной короны связана с волновыми движениями,возникающими в конвективной зоне Солнца.Цвет короны почти совпадает со светом излучения всего Солнца.Это связано с тем,что свободные электроны,находящиеся в короне,и возникающие в результате сильной ионизации газов,рассеивают излучение,приходящее от фотосферы.

Из-за огромной температуры частичы движутся так быстро,что при столкновениях от атомов отлетают электроны,которые начинают двигатся как свободные частицы. В результате этого лёгкие элементы полностью теряют все свои электроны,так что в короне практически нет атомов водорода или гелия,а есть только протоны и альфа-частицы. Тяжелые элементы теряют до 10-15 внешних электронов. По этой причине в солнечной короне наблюдаются необычные спектральные линии,которые долгое время не удавалось отождествить с известными химическими элементами. Горячая плазма сильно излучает и поглощает радиоволны. Поэтому наблюдаемое солнечное радиоизлучение на метровых и децеметровых волнах возникает в солнечной короне. Иногда в солнечной короне наблюдаются области пониженного свечения. Их называют корональными дырами. Особенно хорошо эти дыры заметны по снимкам в ренгеновских лучах.

     Точные измерения показывают,что диаметр Солнца не постоянная величина. Около пятнадцати лет назад астрономы обнаружили,что Солнце худеет и полнеет на несколько километров каждые 2 часа 40 минут,причем этот период сохраняется строго постоянным. С периодом 2 часа 40 минут на доли процента меняется и светимость Солнца,то есть излучаемая им энергия.

Указания на то,что диаметр Солнца испытывает еще и очень медленные колебания со значительным размахом,были получены путём анализа результатов астрономических наблюдений многолетней давности. Точные измерения продолжительности солнечных затмнений, а также прохождения Меркурия и Венеры по диску Солнца показали, что в XVII веке диаметр Солнца превышал нынешний примерно на 2000 км ,то есть на 0,1%

     В ноябре 2001 года учёные впервые увидели чёткую картину того, что находится под солнечными пятнами - загадочными, размером с планету тёмными областями на поверхности Солнца, а именно - водовороты плазмы, удерживающие солнечное пятно.

Новые исследования, выполненные на Солнечно-Гелиосферной Обсерватории (Solar and Heliospheric Observatory, SOHO), углубят наши знания о штормовых областях на Солнце, в которых появляются пятна. Мощные взрывы, связанные с этими активными магнитными областями, часто влияют на высоко-технологические системы на Земле.

Солнечные пятна привлекли внимание людей после наблюдений Галилео, противоречившим общему убеждению, что все небесные объекты безупречны. Солнечные пятна остаются загадочными поскольку, как это кажется на первый взгляд, они должны быстро исчезать. Вместо этого, они могут существовать неделями и более.

Астрономы знают, что солнечные пятна - это области концентрации силовых линий магнитного поля. Каждый, кто в детстве играл с магнитами, знает, что одинаковые полюса магнитов отталкиваются друг от друга. Поэтому, вследствие сильных магнитных полей на Солнце, пятна должны быстро исчезать. В действительности, как показывают наблюдения, пятна существуют долго и именно вблизи этих точек вытекает наружу солнечное вещество.

Alexander Kosovichev, Junwei Zhao и Thomas Duvall, использовав уникальные возможности SOHO, заглянули под поверхность солнечного пятна и впервые чётко увидели вещество, втекающее внутрь. Результаты работы опубликованы в журнале The Astrophysical Journal.

"Мы обнаружили, что вытекающее вещество - это только поверхностное явление" - говорит Zhao. "Если Вы заглянете несколько глубже, Вы увидите вещество, втекающее внутрь, как в водовороте или урагане размером с планету. Эти потоки и удерживают вместе силовые линии магнитного поля".

Солнечные астрономы давно знают, что области с сильным магнитным полем под солнечным пятном препятствует нормальному выходу энергии из горячих областей внутри Солнца, в результате чего вещество в пятнах имеет более низкую температуру и поэтому пятна выглядят тёмными.

Однако, более холодное вещество становится плотнее, что вызывает падение вещества внутрь со скоростью, согласно новым наблюдениям, до 3000 миль в час. Возникающие таким образом вихревые потоки и удерживают пятна от быстрого исчезновения.

SOHO исследует области под поверхностью Солнца анализируя вызванные звуковыми волнами пульсации на его поверхности. Этот метод называется акустической томографией и он похож на ультразвуковую диагностику в медицине, когда звуковые волны используются для изображения структур внутри человеческого тела.

     На первый взгляд диск Солнца кажется однородным. Однако, если приглядеться, на нём обнаруживается много крупных и мелких деталей. Даже при не очень хорошем качестве изображения видно, что вся фотосфера состоит из светлых зёрнышек (называемых гранулами) и тёмных промежутков между ними. Это похоже на кучевые облака, когда смотришь на них сверху, с самолёта. Размеры гранул невелики по солнечным масштабам - до 1000-2000 км в поперечнике; меж-гранульные дорожки более узкие, примерно 300-600 км в ширину. На солнечном диске наблюдается одновременно около миллиона гранул.

Картина грануляции не является застывшей: одни гранулы исчезают, другие появляются. Каждая из них живёт не более 10 мин. Всё это напоминает кипение жидкости в кастрюле. Такое сравнение не случайно, поскольку физический процесс, ответственный за оба явления, один и тот же. Это конвекция - перенос тепла большими массами горячего вещества, которые поднимаются снизу, расширяясь и одновременно остывая.

Грануляция создаёт общий фон, на котором можно наблюдать гораздо более контрастные и крупные объекты - солнечные пятна и факелы.

     Солнечные пятна - это тёмные образования на диске Солнца. В телескоп видно, что крупные пятна имеют довольно сложное строение:

тёмную область тени окружает полутень, диаметр которой более чем в два раза превышает размер тени. Если пятно наблюдается на краю солнечного диска, то создаётся впечатление, что оно похоже на глубокую тарелку. Происходит это потому, что газ в пятнах прозрачнее, чем в окружающей атмосфере, и взгляд прони кает глубже.

По величине пятна бывают очень разными - от малых, диаметро? примерно 1000-2000 км, до гигантских, значительно превосходящие размеры нашей планеты. Отдельны" пятна могут достигать в поперечнике 40 тыс. километров. А самое боль шое из наблюдавшихся пятен дости гало 100 тыс. километров.

Установлено, что пятна - это мес та выхода в солнечную атмосфера сильных магнитных полей. Магнит ные поля уменьшают поток энергии идущий от недр светила к фотосфе ре, поэтому в месте их выхода на поверхность температура падает. Пятна холоднее окружающего их вещества примерно на 1500 К, а следовательно, и менее ярки. Вот почему на общем фоне они выглядят тёмными.

Солнечные пятна часто образуют группы из нескольких больших и малых пятен, и такие группы могут занимать значительные области на солнечном диске. Картина группы всё время меняется, пятна рождаются, растут и распадаются. Живут группы пятен долго, иногда на протяжении двух или трёх оборотов Солнца (период вращения Солнца составляет примерно 27 суток).

     Практически всегда пятна окружены яркими полями, которые называют факелами. Факелы горячее окружающей атмосферы примерно на 2000 К и имеют сложную ячеистую структуру. Величина каждой ячейки - около 30 тыс. километров. В центре диска контраст факелов очень мал, а ближе к краю увеличивается, так что лучше всего они заметны именно по краям. Факелы живут ещё дольше, чем пятна, иногда три-четыре месяца. Они не обязательно существуют вместе с пятнами, очень часто встречаются факельные поля, внутри которых пятна никогда не появляются. По-видимому, факелы тоже являются местами выхода магнитных полей в наружные слои Солнца, но эти поля слабее, чем в пятнах.

Количество пятен и факелов характеризует солнечную активность, максимумы которой повторяются через каждые 11 лет. В годы минимума на Солнце долгое время может не быть ни одного пятна, а в максимуме их число обычно измеряется десятками.

     Основным инструментом астронома-наблюдателя, что бы он ни изучал на небе, является телескоп. И хотя принцип действия всех телескопов общий, для каждой области астрономии разработаны свои модификации этого прибора.

Яркость Солнца велика, следовательно, светосила оптической системы солнечного телескопа может быть небольшой. Гораздо интереснее получить как можно больший масштаб изображения. Поэтому у солнечных телескопов очень большие фокусные расстояния. Самый крупный из них имеет фокусное расстояние 90 м и даёт изображение Солнца диаметром около 80 см.

Вращать подобную конструкцию было бы нелегко. К счастью, это и не нужно. Солнце движется по небосводу лишь в ограниченной его области, внутри полосы шириной около 47°. Поэтому солнечному телескопу не нужна монтировка для наведения в любую точку неба. Его устанавливают неподвижно, а солнечные лучи направляются подвижной системой зеркал - целостатом.

Бывают горизонтальные и вертикальные (башенные) солнечные телескопы. Горизонтальный телескоп построить легче, так как все его детали находятся на горизонтальной оси. С ним и работать легче. Но у него есть один существенный недостаток. Солнце даёт много тепла, и воздух внутри телескопа сильно нагревается. Нагретый воздух движется вверх, более холодный - вниз. Эти встречные потоки делают изображение дрожащим и нерезким. Поэтому в последнее время строят в основном вертикальные солнечные телескопы. В них потоки воздуха движутся почти параллельно лучам света и меньше портят изображение.

Важным параметром телескопа является угловое разрешение, характеризующее его способность давать раздельные изображения двух близких друг к другу деталей. Например, разрешение в 1 угловую секунду (1") означает, что можно различить два объекта, угол между которыми равен 1" дуги. Видимый радиус Солнца составляет чуть меньше 1000", а истинный - около 700 тыс. километров. Следовательно, 1" на Солнце соответствует расстоянию немногим более 700 км. Лучшие фотографии Солнца, полученные на крупнейших инструментах, позволяют увидеть детали размером около 200 км.

Обычные солнечные телескопы предназначены в основном для наблюдения фотосферы. Чтобы наблюдать самые внешние и сильно разреженные, а потому слабо светящиеся слои солнечной атмосферы - солнечную корону, пользуются специальным инструментом. Он так и называется - коронограф. Изобрёл его французский астроном Бернар Лио в 1930 г.

В обычных условиях солнечную корону увидеть нельзя, так как свет от неё в 10 тыс. раз слабее света дневного неба вблизи Солнца. Можно воспользоваться моментами полных солнечных затмений, когда диск Солнца закрыт Луной. Но затмения бывают редко и порой в труднодоступных районах земного шара. Да и погода не всегда благоприятна. А продолжительность полной фазы затмения не превышает 7 мин. Коронограф же позволяет наблюдать корону вне затмения.

Чтобы удалить свет от солнечного диска, в фокусе объектива коронографа установлена искусственная "луна". Она представляет собой маленький конус с зеркальной поверхностью. Размер его чуть больше диаметра изображения Солнца, а вершина направлена к объективу. Свет отбрасывается конусом обратно в трубу телескопа или в особую световую "ловушку". А изображение солнечной короны строит дополнительная линза, которая находится за конусом.

Кроме того, необходимо убрать рассеянный свет в телескопе. Самое важное - это хорошо отполированный линзовый объектив без дефектов внутри стекла. Его нужно тщательно защищать от пыли. Каждая пылинка, каждый дефект линзы - царапина или пузырёк - при сильном освещении работает как маленькое зеркальце - отражает свет в случайном направлении.

Коронографы обычно устанавливают высоко в горах, где воздух прозрачнее и небо темнее. Но и там солнечная корона всё же слабее, чем ореол неба вокруг Солнца. Поэтому её можно наблюдать только в узком диапазоне спектра, в спектральных линиях излучения короны. Для этого используют специальный фильтр или спектрограф.

Спектрограф - самый важный вспомогательный прибор для астрофизических исследований. Многие солнечные телескопы служат лишь для того, чтобы направлять пучок солнечного света в спектрограф. Основными его элементами являются:

щель для ограничения поступающего света; коллиматор (линза или зеркало), который делает параллельным пучок лучей; дифракционная решётка для разложения белого света в спектр и фотокамера или иной детектор изображения.

"Сердце" спектрографа - дифракционная решётка, которая представляет собой зеркальную стеклянную пластинку с нанесёнными на неё параллельными штрихами. Число штрихов у лучших решёток достигает 1200 на миллиметр.

Основная характеристика спектрографа - его спектральное разрешение. Чем выше разрешение, тем более близкие спектральные линии можно увидеть раздельно. Разрешение зависит от нескольких параметров. Один из них - порядок спектра. Дифракционная решётка даёт много спектров, видимых под разными углами. Говорят, что она имеет много порядков спектра. Самый яркий порядок спектра - первый. Чем дальше порядок, тем спектр слабее, но его разрешение выше. Однако далёкие порядки спектра накладываются друг на друга. Поскольку требуются и высокое разрешение, и яркий спектр, приходится идти на компромисс. Поэтому для наблюдений обычно используют второй-третий порядки спектра.

Одной из наиболее интересных систем является эшелъный спектрограф. В нём кроме специальной решётки, называемой эшелью, стоит стеклянная призма. Лучи света падают на эшель под очень острым углом. При этом многие порядки спектра накладываются друг на друга. Их разделяют при помощи призмы, которая преломляет свет перпендикулярно штрихам решетки. В результате получается спектр, порезанный на кусочки. Длину щели эшельного спектрографа делают очень маленькой - несколько миллиметров, и спектры поэтому получаются узкими.

Эшельный спектр представляет собой набор полосок, расположенных одна под другой и разделённых тёмными промежутками. Возможность использования высоких порядков спектра в эшельном спектрографе даёт преимущество в разрешающей силе, что очень важно при изучении тонкой структуры спектральных линий.

     Наше Солнце - это огромный светящийся газовый шар, внутри которого протекают сложные процессы и в результате непрерывно выделяется энергия. Внутренний объём Солнца можно разделить на несколько областей; вещество в них отличается по своим свойствам, и энергия распространяется посредством разных физических механизмов. Познакомимся с ними, начиная с самого центра.

В центральной части Солнца находится источник его энергии, или, говоря образным языком, та "печка", которая нагревает его и не даёт ему остыть. Эта область называется ядром. Под тяжестью внешних слоев вещество внутри Солнца сжато, причём чем глубже, тем сильнее. Плотность его увеличивается к центру вместе с ростом давления и температуры. В ядре, где температура достигает 15 млн Кельвинов, происходит выделение энергии.

Эта энергия выделяется в результате слияния атомов лёгких химических элементов в атомы более тяжёлых. В недрах Солнца из четырёх атомов водорода образуется один атом гелия. Именно эту страшную энергию люди научились освобождать при взрыве водородной бомбы. Есть надежда, что в недалёком будущем человек сможет научиться использовать её и в мирных целях.

Ядро имеет радиус не более четверти общего радиуса Солнца. Однако в его объёме сосредоточена половина солнечной массы и выделяется практически вся энергия, которая поддерживает свечение Солнца.

Но энергия горячего ядра должна как-то выходить наружу, к поверхности Солнца. Существуют различные способы передачи энергии в зависимости от физических условий среды, а именно: лучистый перенос, конвекция и теплопроводность. Теплопроводность не играет большой роли в энергетических процессах на Солнце и звёздах, тогда как лучистый и конвективный переносы очень важны.

Сразу вокруг ядра начинается зона лучистой передачи энергии, где она распространяется через поглощение и излучение веществом порций света - квантов.

Плотность, температура и давление уменьшаются по мере удаления от ядра, и в этом же направлении идёт поток энергии. В целом процесс этот крайне медленный. Чтобы квантам добраться от центра Солнца до фотосферы, необходимы многие тысячи лет: ведь, переизлучаясь, кванты всё время меняют направление, почти столь же часто двигаясь назад, как и вперёд. Но когда они в конце концов выберутся наружу, это будут уже совсем другие кванты. Что же с ними произошло?

В центре Солнца рождаются гамма-кванты. Их энергия в миллионы раз больше, чем энергия квантов видимого света, а длина волны очень мала. По дороге кванты претерпевают удивительные превращения. Отдельный квант сначала поглощается каким-нибудь атомом, но тут же снова переизлучается; чаще всего при этом возникает не один прежний квант, а два или даже несколько. По закону сохранения энергии их общая энергия сохраняется, а потому энергия каждого из них уменьшается. Так возникают кванты всё меньших и меньших энергий. Мощные гамма-кванты как бы дробятся на менее энергичные кванты - сначала рентгеновских, потом ультрафиолетовых и наконец видимых и инфракрасных лучей. В итоге наибольшее количество энергии Солнце излучает в видимом свете, и не случайно наши глаза чувствительны именно к нему.

Как мы уже говорили, кванту требуется очень много времени, чтобы просочиться через плотное солнечное вещество наружу. Так что если бы "печка" внутри Солнца вдруг погасла, то мы узнали бы об этом только миллионы лет спустя.

На своём пути через внутренние солнечные слои поток энергии встречает такую область, где непрозрачность газа сильно возрастает. Это конвективная зона Солнца. Здесь энергия передаётся уже не излучением, а конвекцией.

Что такое конвекция? Когда жидкость кипит, она перемешивается. Так же может вести себя и газ. В жаркий день, когда земля нагрета лучами Солнца, на фоне удалённых предметов хорошо заметны поднимающиеся струйки горячего воздуха. Их легко наблюдать и над пламенем газовой горелки, и над раскалённой конфоркой плиты. То же самое происходит и на Солнце в области конвекции. Огромные потоки горячего газа поднимаются вверх, где отдают своё тепло окружающей среде, а охлаждённый солнечный газ опускается вниз. Похоже, что солнечное вещество кипит и перемешивается, как вязкая рисовая каша на огне.

Конвективная зона начинается примерно на расстоянии 0,7 радиуса от центра и простирается практически до самой видимой поверхности Солнца (фотосферы), где перенос основного потока энергии вновь становится лучистым. Однако по инерции сюда всё же проникают горячие потоки из более глубоких, конвективных слоев. Хорошо известная наблюдателям картина грануляции на поверхности Солнца является видимым проявлением конвекции.

     Читатель, возможно, удивлён странным словом, вынесенным в заголовок. Гелио? Сейсмология? Какая связь между Солнцем и землетрясениями? Или, может быть, на Солнце тоже происходят землетрясения или, вернее, солнцетрясения? Расскажем обо всём по порядку.

Земная сейсмология основана на особенностях распространения звука под землёй. Однако на Солнце сейсмограф (прибор, регистрирующий колебания почвы) поставить нельзя. Поэтому колебания Солнца измеряют совершенно другими методами. Главный из них основан на эффекте Доплера. Так как солнечная поверхность ритмически опускается и поднимается (колеблется), то её приближение-удаление сказывается на спектре излучаемого света. Исследуя спектры разных участков солнечного диска, получают картину распределения скоростей; конечно же, со временем она меняется - волны бегут. Периоды этих волн лежат в диапазоне примерно от 3 до 10 мин. Когда же они впервые были открыты, найденное значение периода составило примерно 5 мин. С тех пор все эти колебания называют "пятиминутные".

Скорости колебания солнечной поверхности очень малы - десятки сантиметров в секунду, и измерить их невероятно сложно. Но часто интересно не само значение скорости, а то, как оно меняется с течением времени (как волны проходят по поверхности). Допустим, человек находится в помещении с плотно зашторенными окнами; на улице солнечно, но в комнате полумрак И вдруг едва заметное движение воздуха чуть сдвигает штору, и в глаза ударяет ослепляющий солнечный луч. Лёгкий ветерок вызывает столь сильный эффект! Примерно так же измеряют учёные малейшие изменения лучевой скорости солнечной поверхности. Роль шторы играют линии поглощения в спектре Солнца. Прибор, измеряющий яркость солнечного света, настраивается так, чтобы он пропускал лишь свет с длиной волны точно в центре какой-либо узкой линии поглощения. Тогда при малейшем изменении длины волны на вход прибора попадёт не тёмная линия, а яркий соседний участок непрерывного спектра. Но это ещё не всё.

Чтобы измерить период волны с максимальной точностью, её нужно наблюдать как можно дольше, причём без перерывов, иначе потом нельзя будет определить, какая это волна - та же самая или уже другая. А Солнце каждый вечер скрывается за горизонтом, да ещё тучи время от времени набегают...

Первое решение проблемы состояло в наблюдениях за Южным полярным кругом - там Солнце летом не заходит за горизонт неделями и к тому же больше ясных дней, чем в Заполярье. Однако налаживать работу астрономов в Антарктиде сложно и дорого. Другой предложенный путь более очевиден, но ещё более дорог:

наблюдения из космоса. Такие наблюдения иногда проводятся как побочные исследования (например, на отечественных "Фобосах", пока они летели к Марсу). В конце 1995 г. был запущен международный спутник SOHO (Solar and Heliospheric Observatory), на котором установлено множество приборов, разработанных учёными разных стран.

Но большую часть наблюдений по-прежнему проводят с Земли. Чтобы избежать перерывов, связанных с ночами и плохой погодой, Солнце наблюдают с разных континентов. Ведь когда в Восточном полушарии ночь, в Западном - день, и наоборот. Современные методы позволяют представить такие наблюдения как один непрерывный ряд. Немаловажное условие для этого - чтобы телескопы и приборы были одинаковыми. Подобные наблюдения проводят в рамках крупных международных проектов.

Что же удалось узнать о Солнце, изучая эти необычные, беззвучные звуковые волны? Сначала представления об их природе не сильно отличались от того, что было известно о колебаниях земной коры. Учёные представляли себе, как процессы на Солнце (например, грануляция) возбуждают эти волны, и они бегут по поверхности нашего светила, словно морские волны по водной глади.

Но в дальнейшем обнаружился очень интересный факт: оказалось, что некоторые волны в разных частях солнечного диска связаны между собой (физики говорят: имеют одну фазу). Это можно представить себе так, будто вся поверхность покрыта равномерной сеткой волн, но в некоторых местах она не видна, а в других - отчётливо проявляется. Получается, что разные области имеют тем не менее согласованную картину осцилляции. Исследователи пришли к выводу, что солнечные колебания носят глобальный характер: волны пробегают очень большие расстояния и в разных местах солнечного диска видны проявления одной и той же волны. Таким образом, можно сказать, что Солнце "звучит, как колокол", т. е. как одно целое.

Как и в случае с Землёй, колебания поверхности Солнца - лишь отзвук тех волн, которые распространяются в его глубинах. Одни волны доходят до центра Солнца, другие затухают на полпути. Это и помогает исследовать свойства разных частей солнечных недр. Изучая волны с разной глубиной проникновения, удалось даже построить зависимость скорости звука от глубины! А поскольку из теории известно, что на нижней границе зоны конвекции должно быть резкое изменение скорости звука, удалось определить, где начинается солнечная конвективная зона. Это на сегодня одно из важнейших достижений гелиосейсмологии.

Есть у гелиосейсмологии и свои проблемы. Например, пока не удалось выяснить причину колебаний солнечной поверхности. Считается, что наиболее вероятный источник колебаний - грануляция: выходящие на поверхность потоки раскалённой плазмы, подобно мощным фонтанам, вызывают разбегающиеся во все стороны волны. Однако на деле всё не так просто, и теоретики пока не смогли удовлетворительно описать эти процессы. В частности, неясно, почему волны столь устойчивы, что могут обежать всё Солнце, не затухая?

С помощью методов гелиосейсмологии удалось установить, что внутренняя часть Солнца (ядро) вращается заметно быстрее, чем наружные слои. Неравномерное вращение Солнца оказывает на его осцилляции такое же воздействие, как трещина на колокол. В результате "звук" становится не очень чистым - изменяются существующие периоды колебаний и появляются новые. Это даёт возможность исследовать вращение внутренних слоев, которое другими методами пока изучать нельзя. Считается, что именно благодаря неравномерному вращению Солнце имеет магнитное поле.

Вот такая неожиданная и бурно развивающаяся сейчас область науки возникла из, казалось бы, ничем не примечательных измерений движений солнечной поверхности

     Атмосфера Солнца начинается на 200-300 км глубже видимого края солнечного диска. Эти самые глубокие слои атмосферы называют фотосферой. Поскольку их толщина составляет не более одной трёхтысячной доли солнечного радиуса, фотосферу иногда условно называют поверхностью Солнца.

Плотность газов в фотосфере примерно такая же, как в земной стратосфере, и в сотни раз меньше, чем у поверхности Земли. Температура фотосферы уменьшается от 8000 К на глубине 300 км до 4000 К в самых верхних слоях. Температура же того среднего слоя, излучение которого мы воспринимаем, около 6000 К.

При таких условиях почти все молекулы газа распадаются на отдельные атомы. Лишь в самых верхних слоях фотосферы сохраняется относительно немного простейших молекул и радикалов типа Н, ОН, СН.

Особую роль в солнечной атмосфере играет не встречающийся в земной природе отрицательный ион водорода, который представляет собой протон с двумя электронами. Это необычное соединение возникает в тонком внешнем, наиболее "холодном" слое фотосферы при "нали-пании" на нейтральные атомы водорода отрицательно заряженных свободных электронов, которые поставляются легко ионизуемыми атомами кальция, натрия, магния, железа и других металлов. При возникновении отрицательные ионы водорода излучают большую часть видимого света. Этот же свет ионы жадно поглощают, из-за чего непрозрачность атмосферы с глубиной быстро растёт. Поэтому видимый край Солнца и кажется нам очень резким.

Почти все наши знания о Солнце основаны на изучении его спектра - узенькой разноцветной полоски, имеющей ту же природу, что и радуга. Впервые, поставив призму на пути солнечного луча, такую полоску получил Ньютон и воскликнул:

"Спектрум!" (лат. spectrum - "видение"). Позже в спектре Солнца заметили тёмные линии и сочли их границами цветов. В 1815 г. немецкий физик Йозеф Фраунгофер дал первое подробное описание таких линий в солнечном спектре, и их стали называть его именем. Оказалось, что фраунгоферовы линии соответствуют узким участкам спектра, которые сильно поглощаются атомами различных веществ.

В телескоп с большим увеличением можно наблюдать тонкие детали фотосферы: вся она кажется усыпанной мелкими яркими зёрнышками - гранулами, разделёнными сетью узких тёмных дорожек. Грануляция является результатом перемешивания всплывающих более тёплых потоков газа и опускающихся более холодных. Разность температур между ними в наружных слоях сравнительно невелика (200-300 К), но глубже, в конвективной зоне, она больше, и перемешивание происходит значительно интенсивнее. Конвекция во внешних слоях Солнца играет огромную роль, определяя общую структуру атмосферы. В конечном счёте именно конвекция в результате сложного взаимодействия с солнечными магнитными полями является причиной всех многообразных проявлений солнечной активности.

Магнитные поля участвуют во всех процессах на Солнце. Временами в небольшой области солнечной атмосферы возникают концентрированные магнитные поля, в несколько тысяч раз более сильные, чем на Земле. Ионизованная плазма - хороший проводник, она не может перемещаться поперёк линий магнитной индукции сильного магнитного поля. Поэтому в таких местах перемешивание и подъём горячих газов снизу тормозится, и возникает тёмная область - солнечное пятно. На фоне ослепительной фотосферы оно кажется совсем чёрным, хотя в действительности яркость его слабее только раз в десять.

С течением времени величина и форма пятен сильно меняются. Возникнув в виде едва заметной точки - поры, пятно постепенно увеличивает свои размеры до нескольких десятков тысяч километров. Крупные пятна, как правило, состоят из тёмной части (ядра) и менее тёмной - полутени, структура которой придаёт пятну вид вихря. Пятна бывают окружены более яркими участками фотосферы, называемыми факелами или факельными полями.

Фотосфера постепенно переходит в более разреженные внешние слои солнечной атмосферы - хромосферу и корону.

     Хромосфера (греч. "сфера цвета") названа так за свою красновато-фиолетовую окраску. Она видна во время полных солнечных затмений как клочковатое яркое кольцо вокруг чёрного диска Луны, только что затмившего Солнце. Хромосфера весьма неоднородна и состоит в основном из продолговатых вытянутых язычков (спикул), придающих ей вид горящей травы. Температура этих хромосферных струй в два-три раза выше, чем в фотосфере, а плотность в сотни тысяч раз меньше. Общая протяжённость хромосферы 10- 15 тыс. километров.

Рост температуры в хромосфере объясняется распространением волн и магнитных полей, проникающих в неё из конвективной зоны. Вещество нагревается примерно так же, как если бы это происходило в гигантской микроволновой печи. Скорости тепловых движений частиц возрастают, учащаются столкновения между ними, и атомы теряют свои внешние электроны: вещество становится горячей ионизованной плазмой. Эти же физические процессы поддерживают и необычайно высокую температуру самых внешних слоев солнечной атмосферы, которые расположены выше хромосферы.

Часто во время затмений (а при помощи специальных спектральных приборов - и не дожидаясь затмений) над поверхностью Солнца можно наблюдать причудливой формы "фонтаны", "облака", "воронки", "кусты", "арки" и прочие ярко светящиеся образования из хромосферного вещества. Они бывают неподвижными или медленно изменяющимися, окружёнными плавными изогнутыми струями, которые втекают в хромосферу или вытекают из неё, поднимаясь на десятки и сотни тысяч километров. Это самые грандиозные образования солнечной атмосферы - протуберанцы. При наблюдении в красной спектральной линии, излучаемой атомами водорода, они кажутся на фоне солнечного диска тёмными, длинными и изогнутыми волокнами.

Протуберанцы имеют примерно ту же плотность и температуру, что и хромосфера. Но они находятся над ней и окружены более высокими, сильно разреженными верхними слоями солнечной атмосферы. Протуберанцы не падают в хромосферу потому, что их вещество поддерживается магнитными полями активных областей Солнца.

Впервые спектр протуберанца вне затмения наблюдали французский астроном Пьер Жансен и его английский коллега Джозеф Локьер в 1868 г. Щель спектроскопа располагают так, чтобы она пересекала край Солнца, и если вблизи него находится протуберанец, то можно заметить спектр его излучения. Направляя щель на различные участки протуберанца или хромосферы, можно изучить их по частям. Спектр протуберанцев, как и хромосферы, состоит из ярких линий, главным образом водорода, гелия и кальция. Линии излучения других химических элементов тоже присутствуют, но они намного слабее.

Некоторые протуберанцы, пробыв долгое время без заметных изменений, внезапно как бы взрываются, и вещество их со скоростью в сотни километров в секунду выбрасывается в межпланетное пространство. Вид хромосферы также часто меняется, что указывает на непрерывное движение составляющих её газов.

Иногда нечто похожее на взрывы происходит в очень небольших по размеру областях атмосферы Солнца. Это так называемые хромосферные вспышки. Они длятся обычно несколько десятков минут. Во время вспышек в спектральных линиях водорода, гелия, ионизованного кальция и некоторых других элементов свечение отдельного участка хромосферы внезапно увеличивается в десятки раз. Особенно сильно возрастает ультрафиолетовое и рентгеновское излучение: порой его мощность в несколько раз превышает общую мощность излучения Солнца в этой коротковолновой области спектра до вспышки.

Пятна, факелы, протуберанцы, хромосферные вспышки - всё это проявления солнечной активности. С повышением активности число этих образований на Солнце становится больше.

     Солнце освещает и согревает нашу планету, без этого была бы невозможна жизнь на ней не только человека, но даже микроорганизмов. Солнце - главный (хотя и не единственный) двигатель происходящих на Земле процессов. Но не только тепло и свет получает Земля от Солнца. Различные виды солнечного излучения и потоки частиц оказывают постоянное влияние на её жизнь.

Солнце посылает на Землю электромагнитные волны всех областей спектра - от многокилометровых радиоволн до гамма-лучей. Окрестностей Земли достигают также заряженные частицы разных энергий - как высоких (солнечные космические лучи), так и низких и средних (потоки солнечного ветра, выбросы от вспышек). Наконец, Солнце испускает мощный поток элементарных частиц - нейтрино. Однако воздействие последних на земные процессы пренебрежимо мало: для этих частиц земной шар прозрачен, и они свободно сквозь него пролетают.

Только очень малая часть заряженных частиц из межпланетного пространства попадает в атмосферу Земли (остальные отклоняет или задерживает геомагнитное поле). Но их энергии достаточно для того, чтобы вызвать полярные сияния и возмущения магнитного поля нашей планеты.

     Энергия солнечного света

     Электромагнитое излучение подвергается строгому отбору в земной атмосфере. Она прозрачна только для видимого света и ближних ультрафиолетового и инфракрасного излучений, а также для радиоволн в сравнительно узком диапазоне (от сантиметровых до метровых). Всё остальное излучение либо отражается, либо поглощается атмосферой, нагревая и ионизуя её верхние слои.

Поглощение рентгеновских и жёстких ультрафиолетовых лучей начинается на высотах 300-350 км; на этих же высотах отражаются наиболее длинные радиоволны, приходящие из космоса. При сильных всплесках солнечного рентгеновского излучения от хромосферных вспышек рентгеновские кванты проникают до высот 80- 100 км от поверхности Земли, ионизуют атмосферу и вызывают нарушение связи на коротких волнах.

Мягкое (длинноволновое) ультрафиолетовое излучение способно проникать ещё глубже, оно поглощается на высоте 30-35 км. Здесь ультрафиолетовые кванты разбивают на атомы (диссоциируют) молекулы кислорода (0^) с последующим образованием озона (Оэ). Тем самым создаётся не прозрачный для ультрафиолета "озонный экран", предохраняющий жизнь на Земле от гибельных лучей. Не поглотившаяся часть наиболее длинноволнового ультрафиолетового излучения доходит до земной поверхности. Именно эти лучи вызывают у людей загар и даже ожоги кожи при длительном пребывании на солнце.

Излучение в видимом диапазоне поглощается слабо. Однако оно рассеивается атмосферой даже в отсутствие облаков, и часть его возвращается в межпланетное пространство. Облака, состоящие из капелек воды и твёрдых частиц, значительно усиливают отражение солнечного излучения. В результате до поверхности планеты доходит в среднем около половины падающего на границу земной атмосферы света.

Количество солнечной энергии, приходящейся на поверхность площадью 1 м2, развёрнутую перпендикулярно солнечным лучам на границе земной атмосферы, называется солнечной постоянной. Измерять её с Земли очень трудно, и потому значения, найденные до начала космических исследований, были весьма приблизительными. Небольшие колебания (если они реально существовали) заведомо "тонули" в неточности измерений. Лишь выполнение специальной космической программы по определению солнечной постоянной позволило найти её надёжное значение. По последним данным, оно составляет 1370 Вт/м2 с точностью до 0,5%. Колебаний, превышающих 0,2%, за время измерений не выявлено.

На Земле излучение поглощается сушей и океаном. Нагретая земная поверхность в свою очередь излучает в длинноволновой инфракрасной области. Для такого излучения азот и кислород атмосферы прозрачны. Зато оно жадно поглощается водяным паром и углекислым газом. Благодаря этим малым составляющим воздушная оболочка удерживает тепло. В этом и заключается парниковый эффект атмосферы. Между приходом солнечной энергии на Землю и её потерями на планете в общем существует равновесие: сколько поступает, столько и расходуется. В противном случае температура земной поверхности вместе с атмосферой либо постоянно повышалась бы, либо падала.

     В конце 50-х гг. XX в. американский астрофизик Юджин Паркер пришёл к выводу, что, поскольку газ в солнечной короне имеет высокую температуру, которая сохраняется с удалением от Солнца, он должен непрерывно расширяться, заполняя Солнечную систему. Результаты, полученные с помощью советских и американских космических аппаратов, подтвердили правильность теории Паркера.

В межпланетном пространстве действительно мчится направленный от Солнца поток вещества, получивший название солнечный ветер. Он представляет собой продолжение расширяющейся солнечной короны; составляют его в основном ядра атомов водорода (протоны) и гелия (альфа-частицы), а также электроны. Частицы солнечного ветра летят со скоростями, составляющими несколько сот километров в секунду, удаляясь от Солнца на многие десятки астрономических единиц - туда, где межпланетная среда Солнечной системы переходит в разреженный межзвёздный газ. А вместе с ветром в межпланетное пространство переносятся и солнечные магнитные поля.

Общее магнитное поле Солнца по форме линий магнитной индукции немного напоминает земное. Но силовые линии земного поля близ экватора замкнуты и не пропускают направленные к Земле заряженные частицы. Силовые линии солнечного поля, напротив, в экваториальной области разомкнуты и вытягиваются в межпланетное пространство, искривляясь подобно спиралям. Объясняется это тем, что силовые линии остаются связанными с Солнцем, которое вращается вокруг своей оси. Солнечный ветер вместе с "вмороженным" в него магнитным полем формирует газовые хвосты комет, направляя их в сторону от Солнца. Встречая на своём пути Землю, солнечный ветер сильно деформирует её магнитосферу, в результате чего наша планета обладает длинным магнитным "хвостом", также направленным от Солнца. Магнитное поле Земли чутко отзывается на обдувающие её потоки солнечного вещества.

     Помимо непрерывно "дующего" солнечного ветра наше светило служит источником энергичных заряженных частиц (в основном протонов, ядер атомов гелия и электронов) с энергией 106-109 электронвольт (эВ). Их называют солнечными космическими лучами. Расстояние от Солнца до Земли - 150 млн километров - наиболее энергичные из этих частиц покрывают всего за 10-15 мин. Основным источником солнечных космических лучей являются хромосферные вспышки.

По современным представлениям, вспышка - это внезапное выделение энергии, накопленной в магнитном поле активной зоны. На определённой высоте над поверхностью Солнца возникает область, где магнитное поле на небольшом протяжении резко меняется по величине и направлению. В какой-то момент силовые линии поля внезапно "пересоединяются", конфигурация его резко меняется, что сопровождается ускорением заряженных частиц до высокой энергии, нагревом вещества и появлением жёсткого электромагнитного излучения. При этом происходит выброс частиц высокой энергии в межпланетное пространство и наблюдается мощное излучение в радиодиапазоне.

Хотя "принцип действия" вспышки учёные, по-видимому, поняли правильно, детальной теории вспышек пока нет.

Вспышки - самые мощные взры-воподобные процессы, наблюдаемые на Солнце, точнее в его хромосфере. Они могут продолжаться всего несколько минут, но за это время выделяется энергия, которая иногда достигает 1025 Дж. Примерно такое же количество тепла приходит от Солнца на всю поверхность нашей планеты за целый год.

Потоки жёсткого рентгеновского излучения и солнечных космических лучей, рождающиеся при вспышках, оказывают сильное влияние на физические процессы в верхней атмосфере Земли и околоземном пространстве. Если не принять специальных мер, могут выйти из строя сложные космические приборы и солнечные батареи. Появляется даже серьёзная опасность облучения космонавтов, находящихся на орбите. Поэтому в разных странах проводятся работы по научному предсказанию солнечных вспышек на основании измерений солнечных магнитных полей.

Как и рентгеновское излучение, солнечные космические лучи не доходят до поверхности Земли, но могут ионизовать верхние слои её атмосферы, что сказывается на устойчивости радиосвязи между отдалёнными пунктами. Но действие частиц этим не ограничивается. Быстрые частицы вызывают сильные токи в земной атмосфере, приводят к возмущению магнитного поля нашей планеты и даже влияют на циркуляцию воздуха в атмосфере.

Наиболее ярким и впечатляющим проявлением бомбардировки атмосферы солнечными частицами являются полярные сияния. Это свечение в верхних слоях атмосферы, имеющее либо размытые (диффузные) формы, либо вид корон или занавесей (драпри), состоящих из многочисленных отдельных лучей. Сияния обычно бывают красного или зелёного цвета: именно так светятся основные составляющие атмосферы - кислород и азот - при облучении их энергичными частицами. Зрелище бесшумно возникающих красных и зелёных полос и лучей, беззвучная игра цветов, медленное или почти мгновенное угасание колеблющихся "занавесей" оставляют незабываемое впечатление. Подобные явления лучше всего видны вдоль овала полярных сияний, расположенного между 10° и 20° широты от магнитных полюсов. В период максимумов солнечной активности в Северном полушарии овал смещается к югу, и сияния можно наблюдать в более низких широтах.

Частота и интенсивность полярных сияний достаточно чётко следуют солнечному циклу: в максимуме солнечной активности редкий день обходится без сияний, а в минимуме они могут отсутствовать месяцами. Наличие или отсутствие полярных сияний, таким образом, служит неплохим показателем активности Солнца. И это позволяет проследить солнечные циклы в прошлом, за пределами того исторического периода, когда проводились систематические наблюдения солнечных пятен.