© Владимир Каланов
Знания-сила

Спикулы

Спикулы — отдельные тонкие столбы светящейся плазмы в хромосфере (диаметр около 1000 км), видимые при наблюдении Солнца в линиях водорода, гелия и некоторых других элементов, которые наблюдаются на лимбе или около него. Спикулы поднимаются из хромосферы в солнечную корону до высоты 6-10 тыс. км, их диаметр 200-2000км, как правило порядка 1000 км в поперечнике и 10000 км в длину, они меняются очень быстро; время их жизни составляет от пяти до десяти минут. Поднимаясь из хромосферы со скоростью около от 4 до 20 км/с, они падают обратно и затухают. Температура спикул достигает 15000К. На Солнце одновременно существуют сотни тысяч спикул. Распределение спикул на Солнце неравномерно - они концентрируются на границах ячеек супергрануля́ции.

Одно из самых детальных изображений поверхности Солнца. Таинственные спикулы, ширина которых равна целой стране, а длина - половине диаметра Земли. Такими запечатлел их шведский гелиотелескоп, установленный на острове Ла Пальма.

Флоккулы

Хромосфера над пятнами и факелами увеличивает свою яркость, причём контраст между возмущенной и не возмущенной хромосфе́рой растёт с высотой. Эти более яркие области хромосферы называются флоккулами. Увеличение яркости флоккула по сравнению с окружающей невозмущё́нной хромосфе́рой не даёт оснований для определения его температуры, так как в разряженной и весьма прозрачной для непрерывного спектра хромосфере связь между температурой и излучением не подчиняется закону Планка. Повышение яркости флоккула в центральных частях, можно объяснить увеличением плотности вещества в хромосфере в 3 — 5 раз при почти неизменном значении температуры, или лишь слабым её увеличением.

Протуберанцы

Протуберанец

Активные образования формирующиеся в хромосфере и наблюдаемые в короне в виде «фонтанов» дуг и т.п., представляющие собой облака́ раскалённого газа светящиеся примерно в тех же спектральных линиях, что и хромосфера называются протубера́нцами. Чаще всего это удлинённые плотные образования, расположенные почти перпендикулярно к поверхности Солнца. Поэтому в проекции на солнечный диск они выглядят как темные, изогнутые воло́кна. Это наиболее грандиозные образования в солнечной атмосфере их длинна достигает сотен тысяч километров. Через протуберанцы происходит обмен вещества между хромосфе́рой и короной. Имеется множество различных типов протуберанцев. Некоторые из них связаны со взрывоподо́бными выбросами вещества из хромосферы в корону. Возникновение, развитие и движение протуберанцев тесно связанно с эволюцией групп солнечных пятен (т.е. с солнечной активностью). На первых стадиях развития активной области образуются короткоживущие, быстроменяющиеся протуберанцы. При более поздних стадиях активной области образуются спокойные протуберанцы, существующие без заметных изменений. Затем наступает стадия активизации протуберанца, проявляющиеся в возникновении сильных движений, выбросов вещества в корону и появлением быстродвижущихся эруптивных протуберанцев. Плотность и температура протуберанцев такая же, как и вещества хромосферы, но на фоне горячей короны протуберанцы – более холодные и плотные образования. Температура протуберанцев около 20000 градусов. Размеры протуберанцев могут быть разными. Типичный протуберанец имеет высоту около 40000 км и ширину около 200000 км. Дугообразные протуберанцы достигают размеров 800 тысяч км. Зарегистрированы и рекордсмены среди протуберанцев, их размеры превышали 3 миллиона км.

Солнечная активность

Солнечная активность – совокупность явлений, периодически возникающих в солнечной атмосфере. Проявления солнечной активности тесно связаны с магнитными свойствами солнечной плазмы. Возникновение активной области начинается с постепенного увеличения магнитного потока в некоторой области фотосферы. В соответствующих местах хромосферы после этого наблюдается увеличение яркости.

Общая активность Солнца, характеризуемая количеством и силой проявления центров солнечной активности, периодически изменяется. Существует множество различных удобных способов оценивать уровень солнечной активности. Обычно пользуются наиболее простым и введённым раньше всех способом - числами Вольфа. Числа Вольфа W равны сумме общего количества пятен f, наблюдаемых в данный момент на Солнце, и удесятерённого числа групп, которые они образуют g (одиночное пятно также считается группой):

W = f + 10g.

Период времени, когда количество центров активности наибольшее называют максимумом солнечной активности, а когда их совсем нет или почти совсем нет – минимумом. Максимумы и минимумы чередуются в среднем с периодом 11 лет. Это составляет так называемый 11-ти летний цикл солнечной активности. Исторически засвидетельствованы достаточно длинные нерегулярные периоды, когда возникает иллюзия, что солнечная активность замерла полностью и окончательно. Самый близкий к нам по времени подобный период известен, как «минимум Ма́ундера», начавшийся в 30-е годы XVII века и длившийся приблизительно 75 лет.

В период минимума солнечной активности пятна появляются в средних широтах Солнца, в периоды максимума – около экватора. Около полюсо́в пятна практически не наблюдаются. В начале одиннадцатилетнего цикла солнечной активности большая часть пятен расположена на широтах от 20° до 30° (закон Шперера). Если зависимость широты пятен от времени изобразить на диаграмме, то зоны активности образуют на ней «бабочку Ма́ундера».

Диаграмма солнечной активности: Бабочка Маундера

В начале XX века Д. Хейл обнаружил, что магнитные полярности первых, ведущих, пятен и хвостовых пятен в северном и южном полушариях Солнца противоположны и меняются полюса́ми в каждом новом цикле. Поэтому полный цикл солнечной активности происходит в течение 22 лет.

Прогнозирование особенностей солнечного цикла поможет предсказывать появление солнечных пятен и возникновение солнечных бурь, а также минимизировать проблемы, возникающие при их воздействии на нашу планету.

Ключом к пониманию и прогнозированию цикла солнечной активности являются огромные ре́ки плазмы, циркулирующие между экватором и полюса́ми Солнца.

Прогнозирование солнечной активности

• Компьютерная модель динамо-транспортировки магнитного потока, разработанная специалистами Национального центра атмосферных исследований США, успешно просчитывает и прогнозирует явления, которые будут происходить в течение следующего цикла солнечной активности. В её основе лежит предположение о взаимосвязи числа солнечных пятен с током плазмы в конвекцио́нном слое Солнца. В модели учитываются широтная неравномерность вращения Солнца вокруг своей оси, эффект меридиональной циркуляции и полоида́льная структура магнитного поля Солнца. Период циркуляции плазмы между экватором и полюсами светила составляет 17-22 года, и именно она в рамках данной модели является своеобразной «конвейерной лентой», переносящей солнечные пятна.

Оказалось, что циркуляция плазмы влияет на интенсивность будущих циклов, причем не одного, а двух, т.е. на период длительностью 22 года. Если скорость потока плазмы велика́, то концентрация магнитных полей происходит на полюса́х Солнца. Затем эти поля повышенной мощности переносятся вглубь, где они сжима́ются ещё сильнее и, усиливаясь, становятся теми интенсивными магнитными полями, которые отвечают за формирование солнечных пятен в следующем цикле.

Считается, что поток плазмы переносит «отпечатки» солнечных пятен, существовавших в течение двух предыдущих солнечных циклов. В настоящее время изучаются механизмы рециркуляции магнитных потоков от распавшихся солнечных пятен. Анализируя предыдущие циклы солнечной активности, ученые надеются научиться предсказывать активность Солнца на два последующих цикла.

В начале XX века Александр Чижевский после многолетних статистических исследований доказал зависимость количества событий в общественной жизни на Земле от солнечной активности. Он выяснил, что в годы максимумов солнечной активности на Земле увеличивается количество революций и войн, усиливается политическая активность населения. Максимумы солнечной активности также провоцируют развитие многих болезней: в частности, усиливается вероятность эпидемий. Результаты своей работы он обобщил в книге «Физические факторы исторического процесса».

Циклы активности в других звёздах

• Понимание принципов, лежащих в основе цикла солнечной активности, поможет понять сущность функционирования других звёзд, подобных Солнцу. Предполагается, что, чем быстрее вращается такая звезда, тем больше возмущений она претерпевает. Это может свидетельствовать о том, что внутренний генератор таких звёзд работает на более высоких оборотах, в результате чего перенос пятен осуществляется быстрее, и на её поверхности образовываются более крупные и активные звёздные пятна. Было бы весьма любопытно понаблюдать за такими звездами, в том числе за их крупными пятнами, огромными вспышками и быстрыми циклами активности. Интересно, какое влияние оказывают такие звёзды на формы жизни, существующие на окружающих их планетах?

Все эти догадки и размышления приводят к возникновению вполне естественного вопроса: можем ли мы выявить существование на других звёздах циклов активности, аналогичных солнечным? Только при обнаружении и анализе циклов активности на других звёздах, аналогичных нашему Солнцу и отличающихся от него, мы можем по-настоящему рассматривать Солнце в космическом контексте. Является ли цикл активности нашего Солнца необычным? Какова́ его скорость? Существуют ли на других звёздах периоды минимальной активности, подобные маундеровским минимумам? Можно ли на основе анализа циклов других звёзд сделать вывод о том, насколько часто могут возникать маундеровские минимумы на звёздах, подобных нашему Солнцу?

Последние исследования показали, что практически все звёзды, хотя бы отдалённо напоминающие Солнце и находящиеся в состоянии минимальной активности, фактически обладают гораздо большей светимостью и, следовательно, их минимумы нельзя рассматривать в качестве аналогов маундеровского солнечного минимума. Эти исследования поставили под вопрос все попытки установить связь между солнечной активностью и будущим наступлением маундеровского минимума. Подавляющее большинство звёзд, претерпева́ющих минимум активности, находятся гораздо выше главной последовательности. Это означает, что они никоим образом не напоминают Солнце. Они либо эволюционируют, либо богаты металлами, такими, как железо и никель. На сегодняшний день астрономам не удалось обнаружить звезды́, подобной Солнцу, которая, несомненно, находилась бы в состоянии маундеровского минимума.

В настоящее время учёные продолжают работы по научно-исследовательским программам цель которых – выявление циклов активности в других звёздах.

Так, в Ловелловской обсерватории в 1984 г. была начата программа по проведению фотометрического анализа тридцати пяти целевых объектов, направленная на устранение белых пятен в области наших знаний и понимания механизмов изменения яркости звезд, подобных Солнцу. Со временем этот проект заменили программой анализа высокоточных ночных наблюдений трёхсот пятидесяти солнцеподобных звёзд, выполняемых с помощью автоматических фотометрических телескопов. Кроме этого, проводятся длительные наблюдения за карликами G-типа в звездном скоплении М67.

Помимо наземных работ, наблюдения за звёздами, подобными Солнцу, осуществляются из космоса. Начало им было положено спутниками «Нимбус-7», запущенным в 1978 г., и «Solar Maximum Mission», непрерывно передава́вшим на Землю данные о звездах. Со временем им на смену пришли другие спутники и космические аппараты. Космический корабль «Sогсе», запущенный 25 января 2003 г., проводит высокоточные измерения солнечного излучения, в том числе в рентгеновском, ультрафиолетовом, видимом и ближнем инфракрасном диапазоне. Данные, полученные кораблем «Sorce», играют чрезвычайно важную роль для объяснения и прогнозирования воздействия солнечного излучения на атмосферу и климат Земли.