Эрих Юбелакер - Солнце
Белый свет Солнца, пройдя через призму, разлагается на цвета радуги и дает спектр.
Почему Солнце по утрам и вечерам краснеет?
В действительности цвет Солнца всегда остается белым. Но как мы помним, белый цвет состоит из всех цветов радуги.
На восходе или закате солнечные лучи проходят через особенно плотные, приземные слои воздуха. Молекулы воздуха и частицы пыли хорошо пропускают только красные лучи света, а голубые — поглощают и рассеивают. Толстый слой воздуха, особенно запыленного, работает как красный фильтр. Поэтому из всех цветов солнечного света наш глаз воспринимает в основном красный, а остальные цвета в той или иной степени отфильтровываются. Вот Солнце и кажется нам красным. Часто из-за этих слоев воздуха мы видим его искаженно. А иногда Солнце выглядит таким бледным, что на него можно смотреть невооруженным глазом. При этом, правда в очень редких случаях, можно разглядеть большие солнечные пятна даже без специальных приборов.
В спектре Солнца видны темные линии, по которым мы узнаем о составе, плотности и температуре солнечного газа.
При восходе и заходе Солнце кажется нам красным или оранжевым.
Существуют ли невидимые солнечные лучи?
Видимый свет — это лишь один тип так называемого электромагнитного излучения, к которому относятся также радиоволны, инфракрасное, ультра-фиолетовое и рентгеновское излучения.
Солнце испускает все эти виды излучения, но лишь их малая часть доходит до поверхности Земли. На большой высоте они поглощаются нашей атмосферой. Кроме электромагнитных волн, от Солнца исходят потоки частичек, например, нейтрино, о котором мы уже упоминали. Другой поток частиц носит красивое название «солнечный ветер».
Как ученые наблюдают Солнце?
Воздушная оболочка Земли очень мешает наблюдениям ученых. Большинство невидимых излучений вообще невозможно наблюдать с поверхности нашей планеты, так как, не достигая ее, они поглощаются воздухом. Но неспокойная атмосфера препятствует и изучению видимых лучей. Лучше всего наблюдать Солнце с высокой горы. Поэтому и многие обсерватории, где ведут изучение Солнца, расположены на большой высоте. Наиболее известные среди них — Кит Пик и Маунт Вилсон в США, а также Пик дю Миди в Пиренеях. Если нужно получить очень четкое изображение Солнца или исследовать его рентгеновское излучение, то наблюдение и съемки производят с аэростатов, ракет, космических станций и спутников.
Большинство солнечных обсерваторий расположены высоко в горах или на островах в море. Это способствует уменьшению атмосферных помех.
Обсерватория Кит Пик в США, исследующая Солнце, — одна из крупнейших в мире.
Запущенная в 1973 году космическая станция «Скайлэб» служила несколько лет центром подобных исследований.
Она была оснащена многими приборами для изучения внешних слоев Солнца, его ультрафиолетового и рентгеновского излучений, а также солнечного ветра.
Пока «Скайлэб» находился на околоземной орбите, германо-американские зонды «Гелиос» довольно близко подходили к раскаленной поверхности дневной звезды. «Гелиос-1» и «Гелиос-II» были не спутниками Земли, а маленькими планетами, которые приближались к Солнцу на 46–43 млн. км. Это меньше трети расстояния между Землей и Солнцем. Несмотря на чудовищное излучение Солнца на таком небольшом расстоянии, на зондах поддерживалась температура 20 °C и все измерительные приборы прекрасно работали. Полученные данные были во многом новыми и неожиданными. Особенно интересным оказалось то, что пространственная плотность мелких метеоритов вблизи Солнца в пятнадцать раз выше, чем около Земли.
Зонд «Солнечный максимум», напротив, был спутником Земли и исследовал внешние слои Солнца и его невидимое излучение. С помощью специальных приборов было установлено, что полное излучение Солнца за полтора года наблюдений изменялось только на 0,01 %.
Европейская космическая лаборатория «Спейслэб» также оснащена новейшей техникой для изучения нашей дневной звезды.
Космическая станция «Скайлэб» была в 70-х годах центром солнечных исследований. Вдали от земной атмосферы можно было изучать излучение Солнца во всех диапазонах.
Что такое гранулы?
В большой телескоп видимая поверхность Солнца — фотосфера — выглядит как кипящая вода. Она кажется состоящей из отдельных «зерен».
Такую структуру поверхности называют грануляцией, а сами «зерна» — гранулами. Диаметр каждой из них около 1000 км. Появление гранул вызвано конвекцией. В результате процесса конвекции массы горячего вещества из солнечных недр вырываются наружу. В центре гранулы бьет фонтан раскаленного газа. Он поднимается из внутренних областей Солнца со скоростью 500 м/сек. Достигая наивысшей точки, газ растекается, постепенно охлаждается, темнеет и вновь опускается в глубину. Поэтому края гранул темнее, чем их центральные части. Гранулы недолговечны.
Они непрерывно видоизменяются, возникают и исчезают. Средняя продолжительность жизни гранул составляет 10 минут.
Поверхность Солнца имеет зернистую структуру, которую называют грануляцией.
Что такое солнечные пятна?
Долгое время считалось, что Солнце является безупречно «чистым» небесным телом. Каково же было изумление древних астрономов, когда они увидели на Солнце темные пятна. Существуют свидетельства, что отдельные наблюдатели замечали их еще 2000 лет назад. Уже в 165 году до нашей эры китайские астрономы взволнованно докладывали государю о черных «оспинках» на лике Солнца. Но так как пятна быстро исчезали, люди успокаивались.
Они находили простейшие объяснения увиденному: птицы пролетели на большой высоте или планета прошла перед диском Солнца. Даже великий астроном Кеплер, открывший законы движения планет, увидев темное пятно на Солнце, принял его за планету Меркурий. В начале XVII века был изобретен телескоп.
И тогда другой великий астроном, Галилео Галилей, в 1610 году смог уверенно доказать, что на Солнце действительно существуют пятна. С помощью этих темных точек Галилею первому удалось установить, что Солнце совершает один оборот вокруг своей оси примерно за месяц. В 1630 году иезуитский священник Кристоф Шейнер опубликовал книгу, где, основываясь на многочисленных наблюдениях пятен, он точно указал скорость вращения Солнца вокруг своей оси.
Ранее ошибочно считалось, что солнечные пятна — холодные места или даже пустоты, через которые, как в разрыв между облаками, можно заглянуть внутрь Солнца. Пятна действительно на 1300–1700° холоднее, чем соседние с ними области, температура которых составляет около 5800 °C. Поэтому их излучение меньше и они кажутся темными. Считается, что солнечные пятна обладают мощным магнитным полем. Оно частично препятствует поступлению горячего потока из внутренних слоев, и оттого эти места охлаждаются. Самые большие солнечные пятна имеют темное ядро — тень, которая на 600° холоднее, чем окружающая ее полутень с температурой примерно 5200°. Диаметр тени некоторых пятен превышает диаметр Земли и достигает 20 000 км, а размер полутени — 50 000 км.
Большая группа солнечных пятен. Некоторые пятна больше нашей Земли.
Обычно возникает сразу несколько пятен, обладающих, как уже отмечалось, чрезвычайно сильным магнитным полем. Внутри группы крупные пятна располагаются попарно. Самая большая группа солнечных пятен, которая когда-либо наблюдалась, была длиной более 300 000 км. Это почти соответствует расстоянию от Земли до Луны. Группа занимала площадь в 18 млрд. км2, что равно 37 поверхностям Земли. Время жизни солнечных пятен гораздо больше, чем у гранул, но в сравнении с ландшафтами отвердевших небесных тел оно все равно очень короткое. Маленькие солнечные пятна существуют несколько часов или дней, время жизни больших групп пятен исчисляется несколькими месяцами.
Всегда ли видны солнечные пятна?
Количество пятен на Солнце увеличивается приблизительно через каждые одиннадцать лет. Периоды, когда на Солнце больше всего пятен, называют максимумом солнечной активности. В период минимума (наименьшей) активности солнечные пятна почти не появляются.
Между двумя последовательными максимумами проходит от 7 до 17 лет. Но в среднем принято считать, что периоды наибольшей активности Солнца повторяются через 11 лет. Иногда во время максимума возникает очень много солнечных пятен, а порой их количество невелико. В течение периода активности пятна образуются на разных солнечных широтах. Первые пятна одиннадцатилетнего цикла возникают на юге и на севере примерно на широте 400. В максимуме пятна группируются у 15-го градуса северной и южной широты, а в конце цикла — еще ближе к экватору.
