Физические процессы на Солнце

О некоторых из них уже говорилось - это лучистый перенос энергии из центральной области к периферии, конвективное движение газа во внешнем слое Солнца, явление хромосферных спикул. На фоне равенства прихода и расхода энергии в атмосфере Солнца интенсивно протекают вихревые неупорядоченные или турбулентные движения газов. Они свойственны помимо солнечной атмосферы и внешнему слою солнечного шара, образованному непрозрачным газом, - его конвективной области. Среди разного рода движений газов остановимся лишь на некоторых широко распространенных в атмосфере и на поверхности Солнца: солнечных пятнах, солнечных факелах, флоккулах и протуберанцах. Все они обусловлены взаимодействием различных магнитных полей.

Солнечные пятна. Если рассматривать диск светила через затемненное стекло, то временами в разных местах солнечной поверхности даже невооруженным глазом можно увидеть почти черные образования - пятна . Поперечник этих образований может достигать многих тысяч километров. Они распределяются на фоне видимого диска Солнца неравномерно - то одиночно, то группами. Эти образования непостоянны: они существуют от нескольких часов до нескольких месяцев, а затем исчезают, и вместо них, в других местах, появляются новые пятна.

Образующий Солнце газ является прекрасным проводником электричества, особенно в центральной области, где условия экстремальны. В целом Солнце обладает единым магнитным полем и, кроме того, локальными полями. Например, вокруг солнечных пятен магнитные поля имеют напряженность в среднем 3000 Э. Для сравнения укажем, что у Земли магнитное поле несравненно слабее: на магнитных полюсах оно имеет напряженность всего 0,6 - 0,7 Э, а на магнитном экваторе и того меньше - 0,4 Э. Следовательно, оно в 7500 раз слабее, чем у солнечных пятен. Температура темных пятен у Солнца на 1000 - 20000 ниже, чем фотосферы в целом.

В совокупности пятна и их скопления образуют на Солнце активные области. Изменение положения пятен, их количество и подвижность не остаются постоянными. Наиболее известен 11-летний цикл (11,2 года) активности пятен - это осредненный срок, фактически же он колеблется от 7,5 до 16 лет. Солнечные пятна рассматриваются как углубления, или провалы, в видимой поверхности. Ритм изменения солнечной активности отражается на многих процессах и явлениях земной поверхности и ее атмосферы (солнечные сияния, прохождения радиоволн в верхней атмосфере).

Солнечные факелы и флоккулы. На краю солнечного диска, где заметно потемнение, поскольку там находятся верхние, более холодные слои нижней атмосферы, часто наблюдаются светлые факелы. В центральной части диска, где сосредоточены более глубокие и более нагретые, а, следовательно, более яркие слои атмосферы, факелы не видны - они сливаются с фотосферой. Полагают, что факелы имеют несколько более высокую температуру, чем фотосфера, поскольку газ в них сильнее ионизирован, т. е. у него меньше нейтральных атомов. Факелы могут достигать в высоту тысячи, и даже десятки тысяч километров.

В хромосфере над факелами располагаются светлые облака - флоккулы. Они имеют по вертикали размеры в тысячи и сотни тысяч километров. Что же касается распространенности их в горизонтальном направлении, то в совокупности они занимают от 10 до 30% площади солнечного диска. Различают флоккулы, образованные преимущественно либо ионизированным водородом, либо кальцием.

Протуберанцы - особые формы неупорядоченного движения газов в солнечной атмосфере . Они наблюдаются на краю диска, имеют разнообразную и постоянно меняющуюся форму струй, фонтанов, арок, дерева, облака или столба дыма и т.д. С помощью кинематографического метода удалось с большой детальностью исследовать их движения. Установлены некоторые типичные метаморфозы этих образований. Раньше считалось, что протуберанцы - это выбросы Солнца, т. е. они имеют движение снизу вверх. Теперь обнаружены и многие другие формы их движения. Например, есть протуберанцы, зарождающиеся в верхней атмосфере Солнца, в короне, и движущиеся сверху вниз - к солнечной поверхности, в область солнечных пятен. Нередки движения от одного протуберанца к другому, т. е. параллельно поверхности солнечного диска. В движении газов наблюдается образование струй и узлов, и когда они опускаются, то, как бы притягиваются определенным центром или несколькими центрами.

Исследования протуберанцев проведенные кинематографическим методом, А. Б. Северным и В. Л. Хохловой, позволили выявить некоторую упорядоченность их движений. Различные виды протуберанцев можно свести к трем основным типам движения.

Пожалуй, наиболее характерными являются так называемые эруптивные протуберанцы. Такие газовые образования в течение нескольких дней могут иметь вид спокойного облака, или длинной струи дыма, или, наконец, арки. На этой стадии внутри протуберанца никаких заметных движений нет. Но затем они переходят в фазу бурного развития, когда возникают вихревые вращения всего протуберанца или поднимается одно из колен арки. Эти перестройки осуществляются быстро - в течение нескольких минут. Протуберанец начинает растягиваться, подниматься. Происходит как бы замедленный взрыв. Яркость его увеличивается, а потом сразу же ослабевает. При таких вспышках или взрывах движение протуберанца имеет в общем радиальное от Солнца направление и может достигать высоты, равной диаметру Солнца, а скорости движений могут измеряться сотнями километров в секунду. Достигая кульминационной высоты, такой протуберанец начинает распадаться - от него отделяются узлы и струи, которые почти отвесно падают вниз на поверхность Солнца. Весь процесс развития взрывного протуберанца продолжается не больше получаса, после чего все признаки его существования исчезают. Часть его вещества поднимается вверх, темнеет и перестает быть видимой. Пока не удалось установить, выбрасывается ли вещество в межпланетное пространство или остается в верхней атмосфере Солнца. Дело в том, что максимальная установленная скорость роста эруптивного протуберанца составляет 700 км/сек, а параболическая скорость в верхней атмосфере Солнца равняется только 450 км/сек (на высоте радиуса Солнца от его поверхности). Следовательно, вещество эруптивного протуберанца может выбрасываться в межпланетное пространство.

Эруптивные протуберанцы - явления относительно редкие, на их долю приходится всего 10-15% всех случаев образования протуберанцев.

Ко второму типу относятся протуберанцы, приуроченные к областям солнечных пятен. Для таких протуберанцев свойственно движение газовых струй и узлов по определенным искривленным траекториям, напоминающим силовые линии некоторых магнитных полей. Другими словами, наблюдается в какой-то степени упорядоченность движений этих газовых скоплений, приуроченность их к своеобразным каналам или путям, масса протуберанца не растекается. Иногда узлы и струи движутся по круговым путям: от поверхности Солнца к верхней атмосфере - одна ветвь и в обратном направлении - другая. Чаще происходит движение от коронарных облаков к поверхности Солнца. Имеются случаи появления в солнечной короне светящейся точки, быстро развивающейся в сложный протуберанец, который распространяется вниз, к поверхности Солнца, и в этом направлении сильно увеличивается в размерах и приобретает форму подобия облака. Скорости движения газовых сгустков в этих протуберанцах меньше, чем у эруптивных, они составляют всего десятки - первые сотни километров в секунду.

К третьему типу относятся многочисленные протуберанцы без упорядоченных движений, т. е. хаотическими движениями. Они претерпевают непрерывные изменения отдельных узлов, газовых струй и конфигураций в их совокупности. В протуберанцах исчезают и появляются новые узлы и струи, испытывающие то сжимание, то растяжение. В общем, для таких протуберанцев свойственны большие размеры; высота их может достигать 150 тыс. км. На солнечном диске протуберанцы видны как светлые струи, нередко они напоминают воздушные вихри земных циклонов.

До сих пор недостаточно раскрыта физическая сущность явлений протуберанцев. Очевидно, что неупорядоченные движения газовых масс протуберанцев объясняются неравномерностью теплового поля солнечной атмосферы и, следовательно, различной степенью ионизации ее газов, непостоянством магнитного поля, давления света и другими факторами. Можно лишь с уверенностью утверждать, что физические процессы на поверхности Солнца и в его атмосфере имеют совершенно особый, несравнимый с процессами на Земле характер, что исключает возможность сопоставления их между собой. Но в целом, как Земля, так и планеты реагируют на них, что и представляет для нас интерес.