Быт

Пятна на солнце темные потому что. Солнечные пятна и факелы

Вещества и, как следствие, снижением потока переноса тепловой энергии в этих областях.

Количество пятен на Солнце (и связанное с ним число Вольфа) - один из главных показателей солнечной магнитной активности .

История изучения

Первые сообщения о пятнах на Солнце относятся к наблюдениям 800 года до н. э. в Китае .

Зарисовки пятен из хроники Иоанна Вустерского

Впервые пятна были зарисованы в 1128 году в хронике Иоанна Вустерского .

Первое известное упоминание солнечных пятен в древнерусской литературе содержится в Никоновской летописи , в записях, относящихся ко второй половине XIV века :

бысть знамение на небеси, солнце бысть, аки кровь, и по нем места черны

бысть знамение в солнце, места черны по солнцу, аки гвозди, и мгла велика была

Первые исследования фокусировались на природе пятен и их поведении . Несмотря на то, что физическая природа пятен оставалась неясной вплоть до XX века , наблюдения продолжались. К XIX веку уже имелся достаточно продолжительный ряд наблюдений пятен , чтобы заметить периодические вариации в активности Солнца. В 1845 году Д. Генри и С. Александер (англ. S. Alexander ) из Принстонского университета провели наблюдения Солнца с помощью специального термометра (en:thermopile) и определили, что интенсивность излучения пятен, по сравнению с окружающими областями Солнца, понижена .

Возникновение

Пятна возникают в результате возмущений отдельных участков магнитного поля Солнца. В начале этого процесса трубки магнитного поля «прорываются» сквозь фотосферу в область короны, и сильное поле подавляет конвективное движение плазмы в гранулах , препятствуя в этих местах переносу энергии из внутренних областей наружу. Сначала в этом месте возникает факел , чуть позже и западнее - маленькая точка, называемая по́ра , размером несколько тысяч километров. В течение нескольких часов величина магнитной индукции растет (при начальных значениях 0,1 тесла), размер и количество пор увеличивается. Они сливаются друг с другом и формируют одно или несколько пятен. В период наибольшей активности пятен величина магнитной индукции может достигать 0,4 тесла.
Срок существования пятен достигает нескольких месяцев, то есть отдельные группы пятен могут наблюдаться в течение нескольких оборотов Солнца. Именно этот факт (движение наблюдаемых пятен по солнечному диску) послужил основой для доказательства вращения Солнца и позволил провести первые измерения периода обращения Солнца вокруг своей оси.
Пятна обычно образуются группами, однако иногда возникает одиночное пятно, живущее всего несколько дней, или биполярная группа: два пятна разной магнитной полярности, соединённые линиями магнитного поля. Западное пятно в такой биполярной группе называется «ведущим», «головным» или «P-пятном» (от англ. preceding ), восточное - «ведомым», «хвостовым» или «F-пятном» (от англ. following ).
Только половина пятен живёт больше двух дней, и всего десятая часть - более 11 дней.
В начале 11-летнего цикла солнечной активности пятна на Солнце появляются на высоких гелиографических широтах (порядка ±25-30°), а с ходом цикла пятна мигрируют к солнечному экватору, в конце цикла достигая широт ±5-10°. Эта закономерность носит название «закон Шпёрера ».
Группы пятен ориентируются приблизительно параллельно солнечному экватору, однако отмечается некоторый наклон оси группы относительно экватора, который имеет тенденцию к увеличению для групп, расположенных дальше от экватора (т. н. «закон Джоя »).

Свойства

Фотосфера Солнца в области, где располагается пятно, расположена примерно на 500-700 км глубже, чем верхняя граница окружающей фотосферы . Это явление носит название «вильсоновской депрессии ».
Пятна - области наибольшей активности на Солнце. В случае, если пятен много, то существует высокая вероятность того, что произойдет пересоединение магнитных линий - линии, проходящие внутри одной группы пятен, рекомбинируют с линиями из другой группы пятен, имеющими противоположную полярность. Видимым результатом этого процесса является солнечная вспышка . Всплеск излучения, достигая Земли, вызывает сильные возмущения её магнитного поля, нарушает работу спутников и даже оказывает влияние на расположенные на планете объекты. Из-за нарушений магнитного поля Земли увеличивается вероятность возникновения северных сияний в низких географических широтах. Ионосфера Земли также подвержена флуктуациям солнечной активности, что проявляется в изменении распространения коротких радиоволн.

Классификация

Пятна классифицируют в зависимости от срока жизни, размера, расположения.

Стадии развития

Локальное усиление магнитного поля, как было сказано выше, тормозит движение плазмы в конвекционных ячейках, тем самым замедляя вынос тепла на фотосферу Солнца. Охлаждение затронутых этим процессом гранул (примерно на 1000 °C) приводит к их потемнению и формированию единичного пятна. Некоторые из них исчезают через несколько дней. Другие развиваются в биполярные группы из двух пятен, магнитные линии в которых имеют противоположную полярность. Из них могут сформироваться группы из множества пятен, которые в случае дальнейшего увеличения области полутени объединяют до сотни пятен, достигая размеров в сотни тысяч километров. После этого происходит медленное (в течение нескольких недель или месяцев) снижение активности пятен и уменьшение их размеров до маленьких двойных или одинарных точек.
Самые крупные группы пятен всегда имеют связанную группу в другом полушарии (северном или южном). Магнитные линии в таких случаях выходят из пятен в одном полушарии и входят в пятна в другом.

Размеры групп пятен

Размеры группы пятен принято характеризовать её геометрической протяжённостью, а также количеством входящих в неё пятен и их полной площадью.
В группе может насчитываться от одного до полутора сотен и более пятен. Площади групп, которые удобно измерять в миллионных долях площади солнечной полусферы (м.с.п.), варьируются от нескольких м.с.п. до нескольких тысяч м.с.п.
Максимальную площадь за весь период непрерывных наблюдений групп пятен (с 1874 по 2012 годы) имела группа № 1488603 (по Гринвичскому каталогу), появившаяся на диске Солнца 30 марта 1947 года, в максимуме 18-го 11-летнего цикла солнечной активности . К 8 апреля её полная площадь достигла 6132 м.с.п. (1,87·10 10 км², что более чем в 36 раз превышает площадь земного шара). На фазе своего максимального развития эта группа состояла из более чем 170 отдельных солнечных пятен.

Цикличность

Солнечный цикл связан с частотой появления пятен, их активностью и сроком жизни. Один цикл охватывает примерно 11 лет. В периоды минимума активности пятен на Солнце очень мало или нет вообще, в то время как в период максимума их может наблюдаться несколько сотен. В конце каждого цикла полярность солнечного магнитного поля меняется на противоположную, поэтому правильнее говорить о 22-летнем солнечном цикле.

Длительность цикла

Хотя в среднем цикл солнечной активности длится около 11 лет, бывают циклы длиной от 9 до 14 лет. Средние значения также меняются на протяжении столетий. Так, в XX веке средняя длина цикла составила 10,2 года.
Форма цикла непостоянна. Швейцарский астроном Макс Вальдмайер утверждал, что переход от минимума к максимуму солнечной активности происходит тем быстрее, чем больше максимальное количество солнечных пятен, зарегистрированное в этом цикле (т. н. «правило Вальдмайера »).

Начало и конец цикла

В прошлом началом цикла считался момент, когда солнечная активность пребывала в точке своего минимума. Благодаря современным методам измерений стало возможно определять изменение полярности солнечного магнитного поля, поэтому сейчас за начало цикла принимают момент изменения полярности пятен. [ ]
Нумерация циклов была предложена Р. Вольфом . Первый цикл, согласно этой нумерации, начался в 1749 году. В 2009 году начался 24-й солнечный цикл.

Данные последней строки - прогноз

Существует периодичность изменения максимального количества солнечных пятен с характерным периодом около 100 лет («вековой цикл»). Последние минимумы этого цикла приходились примерно на 1800-1840 и 1890-1920 годы. Есть предположение о существовании циклов ещё большей длительности.

С солнечными пятнами связано несколько занимательных и довольно поучительных историй, первые из которых дошли до нас еще из глубокой древности.

Древнегреческие астрономы считали Солнце безупречным идеальным огненным шаром, не имеющим никаких изъянов. Такая точка зрения господствовала вплоть до XVII века, во всяком случае – в Европе. А далеко на востоке китайцы, ничего не зная о представлениях эллинов, еще в I веке до нашей эры описали в своих летописях «птиц», летающих перед Солнцем. Европейцы же о солнечных пятнах предпочитали вообще не думать, поскольку полагали, что если религия и философия объявляют Солнце совершенным, то «пятна» эти могут быть либо парами, проходящими между Землей и Солнцем, либо планетами.

В царствование Карла Великого (VIII в.) население Франции в течение восьми дней видело на Солнце большое черное пятно. Ученые того времени заявили, что это планета Меркурий. Их догадка была не такой уж глупой, поскольку Меркурий и в самом деле иногда проходит по диску Солнца, правда, он пересекает его всего за несколько часов.

С изобретением телескопа солнечные пятна поместили на поверхность Солнца, то есть туда, где они действительно находятся. Первое сообщение о результатах их наблюдений опубликовал в 1611 году немецкий астроном Иоганн Фабрициус. Примерно в то же самое время Солнце наблюдал в телескоп профессор математики (а по совместительству – иезуит) Кристоф Шейнер, который ввиду своей принадлежности ко всесильному Ордену преодолеть стену аристотелевского диктата о незапятнанности Солнца так и не смог. Получив от своего церковного начальства заверения в том, что ошибается либо его телескоп, либо его зрение, ученый, дабы не навлечь на свою голову обвинений в страшной ереси, предпочел отступить и послушно «забыл» о проведенных им исследованиях.

Менее сговорчивым оказался Галилео Галилей.

В 1612 году, комментируя наблюдения Фабрициуса в своих письмах, он подробно описал неправильную форму солнечных пятен, их возникновение, распад, перемещение по диску Солнца и, что самое главное, – подчеркнул, что пятна представляют собой явления, происходящие на поверхности Солнца, но никак не тела, обращающиеся вокруг оного.

После авторитетного заявления Галилея ученые принялись за усиленное изучение непонятной «оспы», портящей лик нашего светила. В 1613 году Иоганн Кеплер высказал предположение, что «изменчивость пятен указывает на их облачную природу, но... земные аналогии здесь мало могут помочь». В XVIII веке солнечные пятна считали темными вершинами, проглядывающими сквозь фотосферу Солнца во время «отливов» светящегося вещества. Затем появилась мысль, что солнечные пятна являются отверстиями в фотосфере. Эта догадка близка к современным представлениям, но сейчас известно, что солнечные пятна – это не дыры в фотосфере, а более холодные, хотя и достаточно яркие ее участки; они кажутся темными лишь по сравнению с окружающей чрезвычайно яркой поверхностью.

Что же касается периодичности появления солнечных пятен, то люди ставили в прямую зависимость от них бесчисленные проявления земной жизни, в первую очередь – погоду, а также голод, мор, болезни, войны, то есть, по сути дела, в этом явлении отыскивался удобный «козел отпущения», ответственный за всяческие несчастья. Так, засуху в Италии 1632 года связывали с отсутствием пятен на Солнце. В те же годы, когда лик Солнца бывал ими усеян, урожаи славились своей обильностью, цены на пшеницу понижались, а деревья росли быстрее.

В 1870 году профессор Иельского университета Элиас Лумис установил связь Магнитных бурь и числа наблюдаемых полярных сияний с периодичностью солнечных пятен, что в то время объяснить никто не мог. Долгие годы ученые оставались в полном неведении относительно того, как может Солнце, отстоящее от Земли на расстояние 150 млн. км, «трясти» ее магнитное поле и зажигать полярные сияния... Американский космолог Джордж Гамов в своей книге «Звезда, названная Солнцем» немного иронически замечает, что «число рысьих шкурок, приобретаемых Компанией Гудзонова залива, возрастает, когда на Солнце много пятен. Возможно, это происходит потому, что в такие периоды полярные сияния бывают ярче и предоставляют больше возможностей для благоприятной охоты во время долгих полярных ночей». Еще более поразительным и странным представлялось совпадение максимума солнечных пятен с французской и русской революциями, обеими мировыми войнами и корейским конфликтом.

Безусловно, между солнечными и земными явлениями существует много тонких связей. Если Солнце в состоянии стимулировать рост деревьев, то нельзя исключать вероятность того, что, как говорил Шекспир, «в деятельности людей существуют приливы» – приливы с периодичностью в 11 лет...

Выявил и убедительно обосновал наличие 11-ти и 22-летних солнечных циклов профессор А. Чижевский, опередив свое время на 50 лет и попав за это в ГУЛАГ. Он определил связь возникновения на Земле различных социальных и биологических катастроф со «скользящим» 11-летним циклом солнечной активности, который значительно усиливается через каждые 22 года. Однако стройной теории, объясняющей такую взаимозависимость, на сегодняшний день не существует. Правда, есть гипотезы. В частности, гипотеза Роберта Брейсуэла из Калифорнийского университета, который много лет изучает циклы солнечных пятен. Более или менее надежные данные о солнечных пятнах имеются приблизительно с 1800 года. На основе этих данных можно сделать вывод, что активность Солнца, измеренная «числом пятен», различна в различных циклах, то есть максимум одного 11-летнего цикла отличается от максимума следующего или предыдущего. Брейсуэл и ряд других ученых полагают, что в жизни Солнца есть и другие, более продолжительные циклы.

Так что же представляют собой солнечные пятна, которые не без основания считаются самым заметным проявлением активности? Оказывается, это промежутки между гранулами, составляющими фотосферу Солнца, только непомерно разросшиеся. По контрасту с очень яркой фотосферой пятна кажутся темными, хотя тоже светятся, то есть излучают энергию. Температура средней части пятна (самой темной и самой «холодной») около 4500°.

Солнечные пятна возникают в виде маленьких темных пор, имеющих в поперечнике около двух тысяч километров. За несколько дней пятно увеличивается в размерах и через две недели достигает своего максимального развития. Обычное солнечное пятно имеет в поперечнике 50 тыс. км, что в 4 раза больше диаметра Земли! Большое пятно может достигнуть значительно больших размеров – до 130 тысяч километров. Большие пятна «живут» около трех месяцев, рядовые – несколько дней. Каждое пятно имеет темную центральную область, называемую тенью, которая окружена сероватым облаком – полутенью – как бы волокнистого строения со следами завихрения вокруг центра пятна.

Важнейшая особенность пятен – наличие в них сильных магнитных полей, достигающий в области тени наибольшей напряженности. В целом пятно представляет собой выходящую в фотосферу трубку силовых линий магнитного поля, целиком заполняющих одну из нескольких ячеек хромосферной сетки. Верхняя часть трубки расширяется, и силовые линии в ней расходятся, как колосья в снопе.

Большей частью пятна появляются группами, изменяются, распадаются на отдельные части, исчезают. В основном пятна появляются вблизи экватора Солнца. Движение пятен на Солнце происходит с разной скоростью: чем дальше от экватора, тем скорость движения пятна меньше. Это говорит о том, что Солнце вращается не как твердое, а как газообразное тело. (Области вблизи солнечного экватора совершают полный оборот вокруг своей оси за 27 земных суток; около полярной зоны – за 34.)

Самое большое солнечное пятно

В 1947 г. наблюдалось солнечное пятно, имевшее площадь 18 млрд. км 2 .

Ни одно живое существо не будет иметь роста без солнечного света. Все зачахнет, особенно растения. Даже природные ископаемые - уголь, природный газ, нефть - являются разновидностью солнечной энергии, которая была отложена в запас. Об этом свидетельствует содержащийся в них углерод, накопленный растениями. По мнению ученых, любые изменения в выработке энергии Солнца неизбежно повлекут изменение климата Земли. Что мы знаем об этих изменениях? Что такое солнечные пятна, вспышки и чем чревато для нас их появление?

Источник жизни

Звезда по имени Солнце - наш источник тепла и энергии. Благодаря этому светилу на Земле поддерживается жизнь. О Солнце нам известно больше, чем о какой-либо другой звезде. Это понятно, ведь мы являемся частью Солнечной системы и находимся от неё всего в 150 млн км.

Для ученых большой интерес представляют солнечные пятна, которые возникают, развиваются и исчезают, а вместо исчезнувших появ-ляются новые. Иногда могут образовываться пятна-исполины. Например, в апре-ле 1947 года можно было наблюдать на Солнце сложное пятно площадью, превышающей земную поверхность в 350 раз! Его можно было наблюдать нево-оруженным глазом.

Изучение процессов на центральном светиле

Существуют большие обсерватории, имеющие в своем распоряжении специальные телескопы для изучения Солнца. Благодаря такому оборудованию астрономы могут узнать, какие процессы на Солнце происходят и как они отражаются на земной жизни. Кроме того, благодаря изучению солнечных процессов ученые могут узнать больше о других звездных объектах.

Энергия Солнца в поверхностном слое вырывается в виде света. Астрономы фиксируют существенное различие в солнечной активности, о чем свидетельствуют солнечные пятна, появляющиеся на светиле. Они представляют собой менее светлые и более холодные области солнечного диска в сравнении с общей яркостью фотосферы.

Солнечные образования

Крупные пятна довольно сложно устроены. Им характерна полутень, которая окружает темную область тени и имеет диаметр, больший более чем в два раза, чем размер самой тени. Если наблюдать солнечные пятна на краю диска нашего светила, то возникает такое впечатление, что это глубокая тарелка. Выглядит это так потому, что газ в пятнах прозрачнее, чем в окружающей атмосфере. Поэтому наш взгляд проникает глубже. Температура тени 3(4) х 10 3 К.

Астрономы выяснили, что основание типичного пятна находится на 1500 км ниже поверхности, окружающей его. Это открытие сделали ученые из университета Глазго в 2009 г. Возглавлял астрономическую группу Ф. Уотсон.

Температура солнечных образований

Интересно, что по величине солнечные пятна бывают как маленькими, с диаметром от 1000 до 2000 км, так и гигантскими. Размеры последних значительно превосходят показатели земного шара.

Само по себе пятно - это место, где в фотосферу выходят сильнейшие магнитные поля. Уменьшая энергетический поток, магнитные поля исходят из самих недр Солнца. Поэтому на поверхности, в местах где есть пятна на солнце, температура приблизительно на 1500 К меньше, чем в окружающей поверхности. Соответственно эти процессы делают эти места менее яркими.

Темные образования на Солнце образуют группы из больших и маленьких пятен, которые способны занимать внушительного размера области на диске светила. Однако картина образований нестабильна. Она постоянно меняется, так как пятна на Солнце тоже нестабильны. Они, как было сказано выше, возникают, изменяются в размерах и распадаются. Однако время жизни у групп темных образований довольно-таки продолжительное. Оно может длиться на протяжении 2-3-х солнечных оборотов. Сам период вращения Солнца длится приблизительно 27 суток.

Открытия

Когда Солнце опускается за горизонт, можно увидеть пятна самого большого размера. Так изучали солнечную поверхность астрономы Китая 2000 лет назад. В древности считалось, что пятна - это следствие процессов, происходящих на Земле. В XVII веке такое мнение было опровергнуто Галилео Галилеем. Благодаря использованию телескопа ему удалось сделать много важных открытий:

о появлении и исчезновении пятен;
об изменении размеров и темных образований;
форма, которую имеют черные пятна на Солнце, меняется при приближении их к границе видимого диска;
изучая перемещение по солнечному диску темных пятен, Галилео доказал вращение Солнца.

Среди всех мелких пятен обычно выделяются два крупных, которые образуют биполярную группу.

В 1859 году, 1 сентября, независимо друг от друга два английских астронома наблюдали за Солнцем в белом свете. Это были Р. Кэррингтон и Ш. Ходжсон. Они увидели нечто подобное молнии. Оно неожиданно сверкнуло среди одной группы солнечных пятен. Позже это явление было названо солнечной вспышкой.

Взрывы

Какие характеристики имеют вспышки на Солнце и как возникают? Коротко: это очень мощный взрыв на главном светиле. Благодаря ему быстро высвобождается огромнейшее количество энергии, которое накопилось солнечной атмосфере. Как известно, объем этой атмосферы ограничен. Наиболее часто вспышки возникают в областях, считающихся нейтральными. Они расположены между большими биполярными пятнами.

Как правило, вспышки на Солнце начинают развиваться с резкого и неожиданного увеличения яркости на факельной площадке. Это область более яркой и более горячей фотосферы. После этого возникает взрыв катастрофических масштабов. Во время взрыва плазма нагревается от 40 до 100 млн К. Эти проявления можно наблюдать в многократном усилении ультрафиолетового и рентгеновского излучения коротких волн Солнца. Помимо этого, наше светило издает мощный звук и выбрасывает ускоренные корпускулы.

Какие идут процессы и что происходит с Солнцем во время вспышек?

Иногда возникают такие мощные вспышки, которые генерируют солнечные космические лучи. Протоны космических лучей достигают половинной скорости света. Эти частицы - носители смертоносной энергии. Они могут беспрепятственно проникать сквозь корпус космического корабля и разрушать живые организмы на клеточном уровне. Поэтому солнечные космические представляют высокую опасность для экипажа, который настигла во время полета внезапная вспышка.

Так, Солнце излучает радиацию в виде частиц и электромагнитных волн. Общий поток излучения (видимого) остается постоянным всегда. Причем с точностью до долей процента. Слабые вспышки можно наблюдать всегда. Большие происходят раз в несколько месяцев. В годы максимальной солнечной активности большие вспышки наблюдаются несколько раз на месяц.

Изучая, что происходит с Солнцем во время вспышек, астрономы смогли измерить длительность этих процессов. Маленькая вспышка длится от 5 до 10 минут. Самые мощные - до несколько часов. За время вспышки, в пространство вокруг Солнца, выбрасывается плазма с массой до 10 млрд тонн. При этом выделяется энергия, имеющая эквивалент от десятков до сотен миллионов водородных бомб! Но мощность даже самых огромных вспышек не будет больше сотых долей процента от мощности полного солнечного излучения. Вот почему при вспышке не наблюдается заметного роста светимости Солнца.

Солнечные преобразования

5800 К - приблизительно такая температура на поверхности солнца, а в центре она достигает 16 млн К. На солнечной поверхности наблюдаются пузыри (зернистость). Их возможно рассмотреть только с помощью солнечного телескопа. С помощью процесса конвекции, происходящей в солнечной атмосфере, из нижних слоев тепловая энергия переносится в фотосферу и придает ей пенистое строение.

Не только температура на поверхности Солнца и в самом его центре различна, но и плотность с давлением. С глубиной все показатели увеличиваются. Так как в ядре температура очень высокая, там происходит реакция: водород преобразуется в гелий и при этом происходит выделение огромного количества тепла. Таким образом Солнце удерживается от сжатия под действием своей же силы тяжести.

Интересно, что наше светило - это одиночная типичная звезда. Масса и размер звезды Солнце в диаметре соответственно: 99,9 % массы объектов солнечной системы и 1,4 млн км. Жить Солнцу, как звезде, осталось 5 миллиардов лет. Оно будет постепенно нагреваться и увеличиваться в размерах. По идее, настанет момент, когда в центральном ядре весь водород израсходуется. Солнце станет в 3 раза больше сегодняшних размеров. В итоге оно остынет и превратится в белый карлик.

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

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

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

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

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

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

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

Рис. 40. Магнитные области на Солнце (схема)

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

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

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

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

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

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

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

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

На этой фотографии Солнца вы увидите пятна. Эти темные точки на поверхности, видимы с Земли даже без телескопа. Галилей был первым, кто увидел их в телескоп, но до недавнего времени, астрономы не могли объяснить то, что их вызывает.

Почему они темные?

Несмотря на то, что пятна темнее, чем окружающие вещество Солнца, они, на самом деле, невероятно горячи. Они могут иметь температуру более 3500 градусов по Кельвину, и тем не менее, не настолько яркие, чем поверхность, которая нагрета до 5800 Кельвинов. Из-за разности температур, оно выглядит темным, в сравнении с остальной поверхностью Солнца. Оно может быть настолько большим, что Земля может поместиться в некоторых из них. Солнце, в основном, состоит из плазмы.

Движение плазмы внутри Солнца создает мощное магнитное поле похожее на магнитосферу Земли.

Но магнитное поле Солнца постоянно меняется. Физики считают, что силовые линии магнитного поля скручены и выходят за пределы Солнца. Они образуются в точках, где магнитное поле пронизывает фотосферу. Хотя, они выглядят темными, на самом деле, они всего лишь на несколько тысяч градусов холоднее, чем окружающая фотосфера.