СОЛНЕЧНАЯ АКТИВНОСТЬ. Активная область на Солнце – (АО) – это совокупность изменяющихся структурных образований в некоторой ограниченной области солнечной атмосферы, связанная с усилением в ней магнитного поля от значений 10–20 до нескольких (4–5) тысяч эрстед. В видимом свете наиболее заметным структурным образованием активной области являются темные, резко очерченные солнечные пятна, часто образующие целые группы. Обычно среди множества более или менее мелких пятен выделяются два крупных, образующих биполярную группу пятен с противоположной полярностью магнитного поля в них. Отдельные пятна и вся группа обычно окружены яркими ажурными, похожими на сетку структурами – факелами. Здесь магнитные поля достигают значений в десятки эрстед. В белом свете факелы лучше всего заметны на краю солнечного диска, однако, в сильных спектральных линиях (особенно водорода, ионизованного кальция и др. элементов), а также в далекой ультрафиолетовой и рентгеновской областях спектра, они значительно ярче и занимают большую площадь. Протяженности активной области достигают нескольких сотен тысяч километров, а время жизни – от нескольких дней до нескольких месяцев. Как правило, их можно наблюдать практически во всех диапазонах солнечного электромагнитного спектра от рентгеновских, ультрафиолетовых и видимых лучей до инфракрасных и радио волн. На краю солнечного диска, когда активная область видна сбоку, над нею, в солнечной короне в эмиссионных линиях часто наблюдаются протуберанцы – огромные плазменные «облака» причудливых форм. Время от времени в активной области происходят внезапные взрывы плазмы – солнечные вспышки. Они порождают мощное ионизующее излучение (в основном, рентгеновское) и проникающее излучение (энергичные элементарные частицы, электроны и протоны). Высокоскоростные корпускулярные плазменные потоки изменяют структуру солнечной короны. Когда Земля попадает в такой поток, деформируется ее магнитосфера и возникает магнитная буря. Ионизующее излучение сильно влияет на условия в верхних слоях атмосферы и создает возмущения в ионосфере. Возможны влияния и на многие другие физические явления (см. раздел СОЛНЕЧНО-ЗЕМНЫЕ СВЯЗИ).
МАГНИТОГРАММА АКТИВНОГО СОЛНЦА 21 октября 2003 года. Белые и черные поля северной и южной полярности
Первые наблюдения солнечных пятен. Иногда на Солнце даже невооруженным глазом сквозь закопченное стекло можно заметить черные точечки – пятна. Это наиболее заметные образования во внешних, непосредственно наблюдаемых слоях солнечной атмосферы. Сообщения о солнечных пятнах, иногда наблюдавшихся сквозь туман или дымы пожарищ, встречаются в старинных хрониках и летописях. Например, наиболее ранние упоминания о «местах черных» на Солнце в Никоновской летописи относятся к 1365 и 1371. Первые телескопические наблюдения в самом начале 17 в. были почти одновременно независимо друг от друга выполнены Галилео Галилеем в Италии, Иоганом Холдсмитом в Голландии, Христоформ Шейнером в Германии и Томасом Харриотом в Англии. При очень хороших атмосферных условиях на фотографиях Солнца можно иногда увидеть не только тонкую структуру солнечных пятен, но и светлые ажурные площадки вокруг них – факелы, лучше всего заметные на краю солнечного диска. При этом видно, что в отличие от идеального излучателя (например, белого гипсового шарика, равномерно освещенного со всех сторон), диск Солнца на краю кажется темнее. Это означает, что у Солнца нет твердой поверхности с яркостью, одинаковой по всем направлениям. Причина потемнения диска Солнца к краю в газовой природе внешних, охлаждающихся его слоев, в которых температура, как и в более глубоких слоях, продолжает уменьшаться наружу. На краю диска Солнца луч зрения пересекает более высокие и холодные слои его атмосферы, излучающие существенно меньше энергии.
Галилео Галилей о солнечных пятнах. Галилей родился в Пизе (Северная Италия) в 1564. В 1609 он одним из первых направил на небо свой крохотный телескоп. В наше время каждый школьник из очкового стекла и обыкновенной лупы сам себе может сделать даже лучший инструмент. Однако поразительно, как много нового увидел Галилей в свой весьма несовершенный телескоп: спутники Юпитера, горы и впадины на Луне, фазы Венеры, пятна на Солнце, звезды в Млечном Пути и многое другое. Будучи приверженцем идей Коперника о центральном положении Солнца в нашей планетной системе, он стремился подтвердить его идеи наблюдениями. В 1632 Галилей издал свою знаменитую книгу Диалог о двух системах мира. Фактически это была первая научно-популярная книга, написанная блестящим литературным языком, причем не по-латыни, как было тогда принято среди ученых, а на понятном всем соотечественникам Галилея итальянском языке. Эта книга оказалось смелой и рискованной поддержкой учения Коперника, за что вскоре Галилей был привлечен инквизицией к суду. Наблюдения Солнца Галилей, естественно, надеялся использовать как наиболее убедительный аргумент. Поэтому в 1613 он издал в виде прекрасных гравюр три письма под общим названием Описания и доказательства, относящиеся к солнечным пятнам. Эти письма были ответом на нелепые доводы аббата Шейнера, который также наблюдал солнечные пятна, но принял их за планеты, которые, по его мнению, двигались в направлении, предписанном системой Птолемея (геоцентрической), а потому якобы ее подтверждавшие. Галилей указал на ошибку Шейнера, который не заметил, что его труба переворачивала изображение. Затем он доказал, что пятна принадлежат Солнцу, которое, как оказалось, вращается. Галилей даже высказал предположение, оказавшееся верным, но доказать которое удалось только через два с половиной столетия, о том, что пятна состоят из газов более холодных и прозрачных, чем атмосфера Солнца. Наконец, сравнив черноту пятен с темнотой неба за краем изображения Солнца и заметив, что Луна темнее фона неба вблизи Солнца, он установил, что солнечные пятна ярче самых светлых мест на Луне. Это сочинение Галилея – первое серьезное научное исследование, посвященное физической природе Солнца. Вместе с тем, это сочинение – блестящий образец художественной литературы, иллюстрированный прекрасными гравюрами самого автора.
Наблюдения солнечных пятен. Общее число пятен и образованных ими групп медленно меняется в течение некоторого периода времени (цикла) от 8 до 15 лет (в среднем 10–11 лет). Важно, что наличие пятен на Солнце влияет на магнитное поле Земли. Это было замечено Горребовым еще в 18 в. а сейчас уже известно, что солнечная активность связана с очень многими земными явлениями, так что изучение солнечно-земных связей очень важно для практической жизни. Поэтому необходимы непрерывные и постоянные наблюдения Солнца, которые часто затрудняются плохой погодой и недостаточностью сети специальных обсерваторий. Ясно, что даже скромные любительские наблюдения, но выполненные тщательно и хорошо описанные (с указанием времени, места и т.д.) могут оказаться полезными для международной сводки данных о солнечной активности (см. Solar Geophysical data). Кроме того, наблюдения, выполненные любителем в данном месте, могут натолкнуть наблюдателя на обнаружение новой, ранее не замеченной связи с каким-нибудь земным явлением, специфическим именно для этого места. Каждый любитель на своем телескопе может определять самый известный индекс солнечной активности – относительное число солнечных пятен Вольфа (по имени немецкого астронома, который ввел его в середине 19 в.). Чтобы определить число Вольфа, надо подсчитать сколько на изображении Солнца видно отдельных пятен, а затем прибавить к полученному числу удесятеренное число групп, которые они образуют. Очевидно, что результат такого подсчета сильно зависит от очень многих причин, начиная от размера инструмента, качества изображения, на которое сильно влияют погодные условия, и кончая искусством и зоркостью наблюдателя. Поэтому каждый наблюдатель должен на основании сравнения длительных своих наблюдений с общепринятыми данными оценить тот средний коэффициент, на который он должен умножить свои оценки чисел Вольфа, чтобы в среднем получились результаты в общепринятой шкале. Сводку общепринятых значений чисел Вольфа (W) можно найти, например, в бюллетене Солнечные данные. издаваемом Пулковской обсерваторией в Санкт-Петербурге.
Физические особенности солнечных пятен. Пятна и особенно группы солнечных пятен – наиболее заметные активные образования в фотосфере Солнца. Известно множество случаев, когда большие пятна на Солнце наблюдались невооруженным глазом через закопченное стекло. Пятна всегда связаны с появлением сильных магнитных полей с напряженностью до нескольких тысяч эрстед в солнечной активной области. Магнитное поле замедляет конвективный перенос тепла, из-за чего температура фотосферы на небольшой глубине под пятном уменьшается на 1–2 тысячи К. Пятна зарождаются в виде множества мелких пор, часть которых скоро гибнет, а некоторые разрастаются в темные образования с яркостью раз в 10 меньшей, чем у окружающей фотосферы. Тень солнечного пятна окружена полутенью, образованной радиальными по отношению к центру пятна волоконцами. Продолжительность существования солнечных пятен – от нескольких часов и дней до нескольких месяцев. Большинство солнечных пятен образуют вытянутые примерно вдоль солнечного экватора пары – биполярные группы солнечных пятен с противоположной полярностью магнитных полей у восточных и западных членов группы. Количество солнечных пятен и образованных ими биполярных групп циклически (т.е. за непостоянный интервал времени, в среднем близкий к 11 годам) меняется: сначала сравнительно быстро увеличиваясь, а затем медленно убывая.
Фотосферные факелы. Вокруг пятен часто наблюдаются яркие площадки, называемые факелами от греческого слова факелос (пучок, факел). Это начальная фаза проявления солнечной активности, лучше всего заметная вблизи края солнечного диска, где контраст с невозмущенным фоном фотосферы достигает 25–30%. Факелы выглядят как совокупность мелких ярких точек (факельных гранул размером в сотни километров), образующих цепочки и ажурную сетку. Они есть практически в любой активной области на Солнце, и их появление предшествует образованию пятен. Вне активных областей факелы периодически появляются в полярных областях Солнца.
Флоккулы. В хромосфере над факелами наблюдаются их продолжения, имеющие сходную структуру и называемые флоккулами (от латинского флоккулис – маленький клочок, пушинка). Это проявление солнечной активности в хромосфере, хорошо заметное на диске Солнца при наблюдении в спектральных линиях водорода, гелия, кальция и других элементов.
ФЛОККУЛЫ на изображении Солнца в ультрафиолетовой линии ионизованного кальция
Протуберанцы и волокна. Наибольших размеров могут достигать активные образования в солнечной короне – протуберанцы. Это облака хромосферного вещества в короне, поддерживаемые магнитными полями. Они обладают волокнистой и клочковатой структурой и состоят из движущихся нитей и сгустков плазмы, отличаясь исключительным многообразием форм: иногда это как бы спокойные стога сена, иногда – закрученные воронки, напоминающие грибы лисички, или кустарники, нередко это фигуры самых причудливых форм. Они сильно различаются также и по своим динамическим особенностям, начиная от спокойных долгоживущих образований вплоть до внезапно взрывающихся эруптивных протуберанцев. Наиболее долгоживущие, медленно изменяющиеся спокойные протуберанцы подобны занавесям, почти вертикально висящим на силовых линиях магнитного поля. При наблюдении на диске Солнца такие протуберанцы проецируются в длинные узкие волокна, которые на изображениях Солнца в красной спектральной линии водорода выглядят темными. Это объясняется тем, что вещество протуберанцев поглощает фотосферное излучение только снизу, а рассеивает его по всем направлениям.
ЭРУПТИВНЫЙ СОЛНЕЧНЫЙ ПРОТУБЕРАНЕЦ, сфотографированный во время полного солнечного затмения.
Рекомендуем ознакомится: http://encyclopaedia.biga.ru