Лев Мухин - В нашей галактике
Как пишет специалист по физике Солнца Р. Нойс из Гарварда, «никакого решения проблемы солнечных нейтрино не видно». А один из ведущих современных астрофизиков, А. Камерон, прямо говорит, что именно проблема нейтрино служит предостережением о необходимости соблюдать осторожность, утверждая, что мы уже разобрались в природе недр Солнца и других звезд.
Но гипотезы гипотезами, а Солнце упрямо светит каждый день в течение многих миллиардов лет, светит, давая жизнь Земле, светит, определяя климат планет и само их существование. И в общем-то у нас нет сейчас никаких сомнений в том, что желтый карлик питается энергией термоядерного синтеза. Его вкусы постоянны, и он не балует себя разнообразием в пище. Вопрос в том, на какое время хватит ему этой пищи. Ведь в мире нет ничего вечного, и когда-нибудь он начнет испытывать водородный голод, ведь водород-то все время превращается в гелий. Что же тогда случится с нашей звездой?
Эта тема ничуть не менее интересна, чем таинство рождения нашего светила. Но сначала о его внешнем облике.
Облик Солнца
До настоящего момента мы говорили главным образом о том, что происходит в недрах Солнца. Но с Земли-то можно наблюдать и наружные слои звезды, а эти наблюдения также принесли немало загадок и сюрпризов.
Итак, наружная часть Солнца, которая видна с Земли, называется фотосферой. Когда мы наблюдаем Солнце, то видим, что в центре оно ярче, а по краям заметно темнее. Это и понятно. Мы ведь наблюдаем диск Солнца. В центре лучи света идут с больших глубин, а по краям с меньших, температура которых пониже.
Фотосфера — чрезвычайно разреженный газ с плотностью, в сотни тысяч раз меньшей, чем плотность земной атмосферы у ее поверхности. Температура фотосферы порядка 6 тысяч градусов, и, конечно, это в тысячи раз меньше, чем в центре Солнца.
Под фотосферой расположена мощная зона конвекции глубиной во многие тысячи километров. Процессы, происходящие в этой зоне, вызывают ряд удивительных явлений на «поверхности» Солнца, хотя точности ради мы должны отметить, что, конечно же, никакой выраженной поверхности Солнце не имеет.
Так вот, видимая поверхность Солнца напоминает кипящую рисовую кашу. Иными словами, она имеет ячеистую или гранулированную структуру. Астрономы много раз фотографировали эти структуры, следствие кипения наружных слоев, и назвали их гранулами.
Что такое гранула? Это ячейка размером около тысячи километров и температурой градусов на 300 выше, чем средняя температура фотосферы, и поэтому на фотографии она видна как светлое пятно. Гранула — попросту облако газа, поднимающееся из-за конвекции из более горячих, нижних слоев наверх. Вся фотосфера покрыта светлыми гранулами, а между ними — темные участки: там более холодный газ опускается вниз. «Живут» гранулы недолго — около пяти минут. Почему именно пять минут? Этот вопрос долго не давал покоя теоретикам.
Оказалось, что наша звезда, а вернее, ее подфотосферная конвективная зона выносит наверх, кроме всего прочего, значительное количество энергии в виде акустических — звуковых — волн. Солнце непрерывно работает еще как огромный оргáн. Сложное взаимодействие звуковых волн и обеспечивает пятиминутную грануляцию фотосферы. Их роль на этом не ограничивается. Вдобавок ко всему они еще греют и хромосферу, которая расположена над фотосферой, и корону нашего светила.
О короне позже. Сначала о знаменитых пятнах на Солнце. Особенно крупные пятна людям удавалось заметить на поверхности Солнца еще до изобретения телескопа. Но, поскольку у Аристотеля о пятнах на Солнце ничего не говорилось, церковь относилась к этим сообщениям как к опасной крамоле. С появлением телескопа в начале XVII века церкви стало трудно спорить с очевидными фактами.
Первое публичное сообщение о пятнах было сделано в 1611 году И. Фабрициусом. Пятна наблюдал и Г. Галилей.
Интересно, что одна из первых публикаций о пятнах была сделана иезуитом А. Шейнером из Ингольштадта. Но чтобы сохранить догмы Аристотеля в неприкосновенности, он заявил, что пятна — маленькие, темные спутники Солнца.
Еще в XVIII веке считалось, что пятна — вершины гор, возвышающиеся над морем огня. Великий астроном В. Гершель полагал, что Солнце имеет темную твердую поверхность с умеренной температурой. Более того, он считал, что на этой поверхности обитают живые существа. Уровень развития физики настолько отставал тогда от достижений астрономии, что идея о темном теле, ядре Солнца, была жива почти в течение всего XIX века.
Солнечные пятна дали очень много астрономам. Они, например, помогли выяснить тот факт, что Солнце вращается. Правда, вращается оно довольно медленно. Скорость на экваторе всего 2 километра в секунду. Интенсивное изучение пятен началось в первой половине XIX века усилиями отнюдь не профессионального астронома, а любителя, аптекаря из Дессау И. Швабе. И если сегодня никто не знает о качестве лекарств, которые он приготовлял по ночам (днем у него не было времени на занятия фармакологией), то Швабе обессмертил свое имя тем, что открыл одиннадцатилетний цикл появлений пятен на Солнце, и почти сразу же шотландец Д. Ламонт, К. Себайн из Англии и Р. Вольф в Берне установили, что магнитные явления на Земле, в частности магнитные бури, следуют довольно точно за изменением пятен на Солнце. Более того, появление отдельных больших пятен может вызывать магнитные бури и полярные сияния.
Пятна на Солнце огромны. Размеры некоторых из них превышают размеры земного шара. Они теснятся к экватору, избегая высоких широт Солнца. Замечательно то, что пятна нередко располагаются симметрично относительно солнечного экватора. Кроме того, их положение зависит от солнечной активности. Если построить диаграмму зависимости широты пятен от времени, то получаются фигуры, напоминающие бабочек. По имени астронома, изучавшего солнечные пятна, эти фигуры получили название бабочек Д. Маундера.
И все-таки, хотя пятна на Солнце наблюдать легче всего, даже сегодня трудно понять, что это такое. Ясно, что они темные, и значит, их температура ниже, чем температура окружающего газа. Ниже почти на две тысячи градусов. Сейчас стало понятным, что пятна связаны со сложными магнитными явлениями на Солнце. Но законченной теории пятен нет.
Внутри Солнца движется и вещество, и магнитные поля. Эти движения очень сложны, и одна из основных задач физики Солнца состоит в том, чтобы разобраться, каким же образом движущееся вещество во внутренних слоях, взаимодействуя с магнитными полями с периодом в 22 года, меняет полярность магнитного поля Солнца (северный полюс становится южным). Есть и более непонятные вещи. Анализируя исторические хроники, ученые установили, что с 1645 по 1715 год циклов солнечной активности вообще не было. А с 1672 по 1704 год на северном полушарии Солнца и вовсе не было пятен. Солнце было чистым, таким, как и положено быть царственному светилу. Этот факт не имеет объяснения и по сегодняшний день.
Очень интересно, что как раз тогда в Европе, да и не только в Европе, а во всем северном полушарии Земли стояла очень холодная погода, и этот период времени получил название «малого ледникового периода». Связаны ли были явления на Солнце с изменением (хоть и кратковременным) климата Земли, тоже неясно.
Советский ученый А. Чижевский провел огромную работу, пытаясь установить зависимость между солнечной активностью и частотой различных эпидемий на Земле. Он обнаружил удивительные закономерности. Вспышки различных болезней очень точно «отслеживают» изменения в активности Солнца. Труды Чижевского не сразу получили признание, хотя и до него ученые замечали, что активность Солнца связана с различными явлениями на Земле. Свою замечательную книгу «Земное эхо солнечных бурь» он написал на французском языке и впервые издал в Париже. Интересно, что одним из первых смелые идеи Чижевского оценил К. Циолковский. Следует сказать о том, что Чижевский не считал солнечную активность прямой причиной вспышек эпидемий и заболеваний. Он полагал, что деятельность Солнца «лишь способствует» развитию болезней на Земле.
Одна из глав его книги называется очень образно: «Спазмы Земли в объятиях Солнца». В этой главе он приводит перечень явлений в органическом мире Земли, связанных с изменениями в солнечной активности. Интересно, что еще В. Гершель отметил в 1801 году зависимость урожая зерновых от числа солнечных пятен. Поскольку хлеб все-таки вещь более нужная, чем вино, то лишь в 1878 году удалось выяснить, что количество и качество производимого в Германии вина тоже таинственным образом связано с пятнами на Солнце. Да что там вино! Чижевскому удалось установить, что от активности Солнца зависит частота несчастных случаев, преступлений, внезапных смертей, эпизоотии и падеж скота и целый ряд других явлений.
