Акт 3. Дневное светило.
Травка зеленеет,
Солнышко блестит…
А.Плещеев. Сельские песни.
Солнце – рядовая звезда в системе Млечного Пути, обычный жёлтый карлик. Ну, для кого рядовая, а для нас-то самая главная. Колоссальный природный ядерный реактор, удалённый от Земли на сравнительно безопасное расстояние.
Полное количество излучения, приходящего за 1 мин на площадку 1 см квадратный, перпендикулярную солнечным лучам и помещённую за пределами земной атмосферы ( при среднем расстоянии от Земли до Солнца) – это солнечная постоянная, которая составляет 1353 Вт/м, которая составляет 1353 Вт/м квадратный. Увеличение солнечной постоянной хотя бы на 10% превратило бы нашу планету в пустыню, а такое же уменьшение заставило бы её покрыться толстым слоем вечного льда.
На поверхности Солнца наблюдаются многочисленные и разнообразные явления: пятна, факелы, флоккулы, вспышки, волокна (протуберанцы) и другие. Число и мощность этих процессов периодически меняются.
На поверхности Солнца средняя величина магнитного поля оценивается в 1-2 Э, т.е. в 2-4 раза выше земного. Напряжённость же магнитных полей солнечных пятен достигает более высоких значений: обычно 20-30, а иногда и 3000 Э.
Силовые линии магнитного поля Солнца вытягиваются от него в космическое пространство в виде волокон или струй. Вращение Солнца вокруг своей оси (с периодом в 27 земных суток) ведёт к закручиванию силовых линий в спираль Архимеда. Вдоль этих силовых линий располагаются и потоки плазмы, истекающей с поверхности светила в космическое пространство – тот самый солнечный ветер.
Изменение числа внезапных и неправильных колебаний индукции земного магнитного поля связано с циклическим изменением числа пятен на Солнце. Особенно сильные аномалии (магнитные бури), как правило, наблюдаются в те моменты, когда крупные пятна находятся вблизи центрального меридиана Солнца.
Солнечные пятна чаще всего возникают там, где до этого наблюдались интенсивные факелы. Вначале солнечное пятно – это крошечная пора, маленькая чёрненькая точка чуть больше тёмных промежутков между гранулами (поверхность фотосферы Солнца неоднородна и состоит из отдельных «зёрен» - гранул). Затем гранулы как бы расступаются, несколько пор сливается в одну и рождается пятно. Обычно оно не одиноко: где-то рядом появляются другие – рождается группа пятен, которые меняют свою форму, перемещаются. Группа солнечных пятен в целом занимает область фотосферы протяжённостью 100-150 тыс. км. Каждое развившееся пятно имеет диаметр 30-40 тыс. км, а обычная гранула невозмущённой фотосферы – 1-2 тыс. км. Тёмные дорожки между гранулами имеют ширину 100-200 км.
По своей структуре пятна напоминают воронки с глубиной 1000-1500 км. Температура поверхности Солнца примерно 6000 градусов. В центральной части пятна она меньше на 1000-1500 градусов.
Особенностью пятен является их тенденция образовывать биполярные группы – это пары больших пятен с противоположной полярностью магнитного поля, окружённые множеством мелких.
Солнечное пятно может существовать от нескольких часов до нескольких месяцев. Среднее время жизни группы пятен – полторы-две недели.
Существуют области, где пятна появляются чаще всего, но их совсем не бывает у полюсов Солнца и на экваторе. Зато в симметрично расположенных относительно экватора широтных поясах от 5 до 35-40 градусов северной и южной широты пятна и предпочитают появляться. Астрономы называют эти области «королевские зоны».
Направления магнитных полей солнечных пятен меняются периодически. В северном и южном полушариях направления магнитных полей противоположны. Месячные флуктуации активности пятен на севере и юге солнечного диска развиваются в двух режимах: параллельные и антипараллельные колебания. Смена ритмики колебаний происходит в годы солнечных максимумов.
Наибольшее число солнечных пятен повторяется через 11,2 года. Потому говорят об 11-летнем солнечном цикле (нумерация циклов ведётся с 1755 года). Однако с окончанием одного цикла и началом следующего все направления магнитных полей пятен меняются на противоположные. Таким образом, всё повторяется не через 11, а через 22 года. Но надо отметить, что 11-летний солнечный цикл очень близок к периоду обращения Юпитера вокруг Солнца, который равняется 11,86 года. Вряд ли это простое совпадение, и какая-то взаимосвязь между нашим общим светилом и наибольшей планетой системе всё же существует.
Итак, соседние циклы объединяются в пары циклов с номерами – чётный и нечётный. Нечётный цикл более мощный. Также обнаружены другие правила их объединения – кроме 22-летнего, есть еще и 44-летние, и ряд других. Известен вековой цикл, и 600-летний. Но говорить о них более-менее определённо ещё рано – невелика статистика наблюдений.
Что особенно примечательно, грандиозные солнечные вспышки случаются не в годы максимума, а в периоды между ними. Годы максимума – это годы мощных и частых вспышек, но не уникальных. Именно в такие годы легче найти «тихий» в магнитном отношении день. Таким образом, в годы максимума часты не только магнитные бури, но и самые «магнитоспокойные» дни.
Солнечные вспышки порождают мощные потоки излучений, которые настигают Землю на её орбите и вызывают яркие полярные сияния, нарушают нормальное состояние ионосферы и земного магнитного поля, мешают радиосвязи, влияют на погоду и самочувствие людей.
Как правило, хромосферную солнечную вспышку обнаруживают там, где наблюдались яркие флоккулы, и при том такие, внутри которых находились солнечные пятна. Всё говорит за то, что возникновение вспышек связано с солнечными пятнами, и прежде всего с их магнитными полями. Вспышки чаще всего появляются в центре групп пятен и тем чаще, чем сложнее конфигурация самих пятен и их магнитных полей.
Вспышка продолжается немногим более часа, а объём, охваченный взрывом, сравним с объёмом крупной планеты размером с Уран или Сатурн. Источник энергии вспышек принципиально отличается от источника энергии всего Солнца. Вспышки имеют электромагнитную природу и тесно связаны с особенностями взаимодействия плазмы солнечной атмосферы с магнитными полями, отличающимися сложной структурой. Такие поля всегда имеются в области солнечных пятен. Основной жгут вспышки обычно располагается вдоль нейтральной линии магнитного поля – направления, разделяющего области различной полярности.
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. Обычно сгустки солнечной плазмы, содержащей электроны, протоны, ядра гелия и более тяжёлых элементов, выбрасываются из тёмных пятен на Солнце подобно язычкам пламени над костром.
Вследствии вспышек резко увеличивается мощность солнечного рентгеновского излучения, заметно растёт поток радиоволн, межпланетное пространство заполняется жёсткой радиацией. Наш щит – магнитосфера Земли переходит в неустойчивое состояние, резко сжимаясь под воздействием ударной волны от произошедшей солнечной вспышки. Происходит выброс большого количества энергии в атмосферу высоких широт. Так начинается магнитосферная буря.
Надо отметить, что плазменный поток преодолевает расстояние от Солнца до Земли за 1-3 суток, а средняя скорость движения частиц солнечного ветра составляет 300-500 км/с.