Полная версия

Главная arrow Прочие arrow АСТРОНОМИЯ. СОЛНЕЧНАЯ СИСТЕМА

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

Понятие о солнечной активности.

В свое время выдающийся астрофизик сэр Артур Эддингтон высказался в том духе, что ничего проще звезды невозможно себе представить. Сферически симметричный объем газа однозначно описывается давно известными физическими законами. Поскольку при сферической симметрии свойства вещества зависят только от одной переменной — расстояния до центра, вполне адекватным может быть одномерное рассмотрение.

Однако природа оказалась значительно сложнее. Два фактора, действующие на Солнце, существенно усложнили и сделали нестационарными (переменными во времени) многие процессы на Солнце.

Во-первых, в недрах Солнца генерируются мощные магнитные поля. Поскольку Солнце состоит из ионизованного при высоких температурах вещества (плазмы), движения заряженных частиц (токи) создают магнитные поля разнообразных конфигураций, масштабов и напряженностей. На Солнце определяющим становится свойство «вмороженности» магнитного поля в плазму. Суть его заключается в том, что вещество может двигаться только вдоль силовых линий магнитного поля. С другой стороны, поток ионизованного вещества может увлекать за собой и деформировать конфигурацию вмороженного поля.

Во-вторых, основополагающим становится свойство так называемого дифференциального вращения Солнца. Этот эффект уже рассматривался в предыдущих главах на примерах планет-гигантов. Солнце вращается вокруг своей оси, совершая один оборот в пространстве за 25,38 земных суток (сидерический период). Однако, начиная от 0,7 радиуса, если считать от центра (что соответствует дну конвективной зоны на глубине примерно 200 000 км под фотосферой), начинают проявляются свойства дифференциального вращения. На уровне видимой поверхности Солнца экваториальные слои (период 25,05 суток) вращаются заметно быстрее высокоширотных слоев (34,3 суток). Период твердотельного вращения глубинных слоев Солнца (25,38 суток) равен периоду вращения видимой поверхности на широте 16°.

Дифференциальное вращение вытягивает, искривляет и скручивает силовые линии магнитного поля. Это приводит к двум важнейшим следствиям.

Первое следствие. Когда магнитное давление превосходит давление газа, на поверхности Солнца могут возникать (всплывать из под- фотосферных слоев) локальные области с магнитными полями различной напряженности. Поскольку, согласно свойству вмороженности поля, магнитные поля управляют направлением движения вещества, на поверхности и в атмосфере Солнца возникает множество достаточно сложных структур. В их числе, например, жгуты из силовых линий магнитного поля (силовые трубки магнитного поля) очень высокой индукции — 1000—4000 Гс. Конвекция в этих местах затруднена, в связи с чем их температура на уровне фотосферы оказывается пониженной примерно на 1000—1500 К, и поэтому по контрасту с ярко светящейся фотосферой они выглядят, как несколько более темные участки — солнечные пятна. Как правило, вокруг пятен располагаются зоны повышенной яркости, с индукцией магнитного поля в сотни гаусс — факелы. Относительно компактные области (которые, впрочем, могут многократно превышать размеры Земли), где располагаются группы пятен и окружающие их факельные поля, образуют так называемые активные области на Солнце.

Над линиями раздела магнитных полярностей в хромосфере могут возникать облака из относительно плотной плазмы (протуберанцы)

Вещество протуберанца поддерживается арками из силовых линий магнитного поля.

Пятна, факелы, протуберанцы отличаются широким спектром морфологических типов и времени жизни — от часов до многих недель (в отдельных случаях — месяцев).

Магнитное поле в активных областях способно накапливать огромную энергию, которая может импульсно освобождаться в виде грандиозных взрывов на Солнце — так называемых солнечных вспышек. Наиболее мощные вспышки высвобождают до 1023—1027 Дж. Во время вспышек выбрасывается огромное количество протонов, альфа-частиц (ядер атомов гелия) и электронов. Потоки частиц достигают внешних оболочек Земли через несколько часов (или десятков часов), вызывая здесь целый ряд эффектов. Кроме того, вспышки создают кратковременные мощные всплески электромагнитного излучения на некоторых длинах волн.

Пятна на Солнце 21 октября 2014 г. Снимок астрономической обсерватории ИГУ

Рис. 17.5. Пятна на Солнце 21 октября 2014 г. Снимок астрономической обсерватории ИГУ

Весь комплекс нестационарных (переменных во времени) процессов и явлений на Солнце преимущественно магнитной природы называется солнечной активностью. К проявлениям солнечной активности относятся все перечисленные образования и явления — пятна, факелы, протуберанцы, вспышки, и целый ряд других. Так, например, в последние годы XX в. спутниковые наблюдения позволили обнаружить еще один тип солнечной активности так называемые выбросы короналъного вещества — грандиозные выбросы сгустков вещества (газа), распространяющихся с высокими скоростями прочь от Солнца и способных достигать Земли.

Хромосферный протуберанец (Alan Friedman)

Рис. 17.8. Хромосферный протуберанец (Alan Friedman)

Группа солнечных пятен. Для сравнения на изображении показан размер Земли (Шведский солнечный телескоп)

Рис. 17.6. Группа солнечных пятен. Для сравнения на изображении показан размер Земли (Шведский солнечный телескоп)

Светлые факелы окружают темные солнечные пятна. (Национальная обсерватория Langkawi, Малайзия)

Рис. 17.7. Светлые факелы окружают темные солнечные пятна. (Национальная обсерватория Langkawi, Малайзия)

Второе следствие. Сложное взаимодействие существующего режима генерации магнитных полей и дифференциального вращения приводит к явлению цикличности солнечной активности. Количество активных областей, а также связанных с ними вспышек, протуберанцев и т. д., периодически меняется почти от нуля (минимумы солнечной активности) до довольно больших значений, после чего общее количество проявлений солнечной активности снова идет на спад.

Мощная вспышка на Солнце (космическая обсерватория SDO, NASA)

Рис. 17.9. Мощная вспышка на Солнце (космическая обсерватория SDO, NASA)

Цикл солнечной активности обычно развивается следующим образом. На стадии минимума цикла первые пятна нового цикла в небольшом количестве возникают на широтах около 35—40° в северном и южном полушариях Солнца. Постепенно процесс пятнообразования нарастает, число образующихся активных областей увеличивается. При этом широта пятнообразования постепенно уменьшается. Изменение (уменьшение) средней широты пятнообразования со временем называется законом Шперера. После максимума активности число пятен постепенно уменьшается, последние активные области цикла образуются уже вблизи экватора.

После минимума активности наступает новый цикл, при этом расположение знаков магнитных полярностей в активных областях меняется на обратное. Продолжительность одного цикла солнечной активности, определяемого по количественным характеристикам индексов солнечной активности, составляет в среднем 11 лет. Продолжительность магнитного цикла, в течение которого расположение магнитных полярностей в активных областях возвращается к начальному состоянию, соответственно составляет 22 года — так называемые циклы Хейла.

Для описания уровня солнечной активности используется целый ряд специальных индексов. Наиболее широко известно относительное число солнечных пятен, или число Вольфа W, — индекс, предложенный цюрихским астрономом Рудольфом Вольфом в 1749 г. Число Вольфа вычисляется как

где/— число групп пятен, наблюдаемых одновременно на диске Солнца; g — полное число отдельных пятен на Солнце; к — нормировочный коэффициент не превышающий единицу, определяемый для каждого телескопа, на котором проводятся наблюдения солнечных пятен.

Существенно, что полный поток излучения Солнца очень мало меняется по мере изменения фазы цикла солнечной активности — не более долей процента. Значительные (иногда на порядки) изменения интенсивности излучения отмечаются только в очень узких диапазонах длин волн, соответствующих линиям излучения (поглощения) различных типов атомов.

Помимо 11-летних циклов, выделены и более низкочастотные циклы (вековые, квазидвухсотлетние и т. д.) Их амплитуда не столь велика, как у 11-летних, долговременные циклы в большей степени модулируют площадь пятен на Солнце, чем их количество.

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>