big-archive.ru

Большой информационный архив

                       

Полярные сияния и солнечная деятельность

Раньше чем говорить об отношении солнечной деятельности к полярным сияниям, ознакомимся с некоторыми явлениями, про исходящими на Солнце, и прежде всего с самим Солнцем.

Солнце представляет собой раскаленный газовый шар (поперечник его в 109 раз больше поперечника Земли) и состоит главным образом из водорода и гелия, а также относительно небольшой примеси остальных элементов.

В центральных областях Солнца температура, согласно теоретическим расчетам, достигает 20 млн. градусов, а плотность, благодаря огромному давлению, в сто раз превосходит плотность воды. В результате целой цепи ядерных реакций в недрах Солнца происходит превращение водорода в гелий, сопровождающееся выделением огромного количества энергии, которая и является источником его излучения.

Солнце окружено обширной раскаленной атмосферой, которая может быть подразделена на три различных слоя: фотосферу, хромосферу и корону.

Фотосфера — это тот слой, от которого непосредственно исходит видимое излучение Солнца. Раскаленные газы во внешних слоях фотосферы нагреты до 6000° и находятся в непрерывном движении. Временами на ослепительно яркой поверхности Солнца возникают темные образования, которые называются солнечными пятнами (рис. 20). На самом деле пятна тоже ярко светят, но температура их ниже, чем температура фотосферы, и по контрасту они кажутся темными. Многие пятна по своим размерам в несколько раз превосходят величину земного шара. Пятна обычно появляются группами. В них наблюдаются сильные магнитные поля, в несколько тысяч раз превышающие напряженность магнитного поля Земли. Это очень большая величина, хотя в наших лабораториях мы можем получать и более сильные магнитные поля. Наличие в пятнах сильного магнитного поля составляет их неотъемлемое свойство.

Некоторые из пятен существуют всего несколько часов или один — два дня после своего возникновения; но есть и такие, которые живут, непрерывно изменяясь по внешнему виду, несколько месяцев. Уже первые наблюдения над пятнами показали, что, возникнув на одном краю Солнца, они постепенно передвигаются к западу, а иногда,

Солнечные пятна

исчезнув за краем Солнца, могут через некоторое время снова появиться на восточном краю. Все это указывает на то, что Солнце вращается. Но Солнце вращается не как твердое тело. Вращение про исходит с большей скоростью около экватора и с меньшей — на больших широтах. Средний период вращения Солнца в широтах, где наблюдаются пятна, можно принять равным примерно 27 суткам. Пятна обычно появляются на широте от 5 до 30 ° к северу и к югу от солнечного экватора. На больших широтах они появляются очень редко. В экваториальной области пятен почти не бывает.

Число и площадь пятен на Солнце постепенно меняются. Эти изменения проходят периодически; от одного максимума пятен или минимума до другого проходит примерно 11 лет. В годы минимума Солнце в течение нескольких месяцев может быть совершенно свободно от пятен. Причина такой цикличности до сих пор еще не выяснена.

В начале каждого нового цикла (в годы минимума) пятна зарождаются примерно на широте 20—30 ° и, по мере увеличения их числа, появляются все ближе к экватору. В конце цикла (в годы максимума) пятна возникают почти у самого экватора. Наиболее высокий максимум солнечной активности в прошлые годы наблюдался в 1947 г., когда число солнечных пятен в среднем было 150. В 1954 г. наблюдался минимум солнечной активности. Следующий за ним максимум пятен наблюдается в 1958 г.

Бурные процессы, протекающие на Солнце, проявляются не толь ко в виде пятен, но и в целом ряде других образований, таких же не постоянных, как и пятна.

В следующем слое атмосферы Солнца — хромосфере,— простирающейся на высоту до 15 тыс. км над поверхностью Солнца,— видны

Протуберанец на краю солнечного диска

отдельные светлые хромосферные облака — флоккулы, а еще выше — огромные газовые массы, имеющие причудливые очертания и достигающие колоссальных размеров — протуберанцы (рис. 21). Возникновение протуберанцев связано с какими-то грандиозными физическими процессами, они поднимаются на сотни тысяч и даже на миллионы километров над поверхностью Солнца. В 1947 г. наблюдался протуберанец высотой свыше полутора миллионов километров.

Известно, что некоторые протуберанцы достигают таких скоростей, что совсем покидают Солнце и уносятся в межпланетное пространство. Скорости, с которыми двигаются такие протуберанцы, иногда превосходят 700 км/сек.

Хромосфера очень неоднородна; она имеет вид волнующейся огненной травы и состоит как бы из языков красного пламени, находящихся в постоянном движении.

Хромосфера хорошо видна во время полных солнечных затмений, когда Луна закрывает Солнце и яркий свет неба, мешавший прежде ее видеть, исчезает. Красный цвет хромосферы обусловлен излучением водорода. Такой же цвет имеют и протуберанцы. Водород в солнечной атмосфере является наиболее обильным элементом; число атомов водорода в десять тысяч раз превышает число атомов всех металлов, вместе взятых.

Представим себе, что мы смотрим на хромосферу и протуберанцы через очки, в которые вставлены специальные стекла, пропускающие только излучение водорода и не пропускающие все остальные излучения. Что же мы увидим? Яркость хромосферы и протуберанца

Хромосферная вспышка

изменится мало, так как самое яркое излучение пройдет через стекло без ослабления. Яркость же неба сильно уменьшится, так как наше стекло, пропуская только определенное излучение, поглотит остальной свет. Через такие очки протуберанцы и хромосфера в силу контрастности будут казаться более яркими, чем фон неба, и их можно видеть в любой ясный день, а не только во время солнечных затмений. Хотя подобные специальные светофильтры, пропускающие только определенные излучения (в частности излучение водорода), изготовить очень трудно, они уже с успехом применяются для фотографирования хромосферы и протуберанцев.

Флоккулы, как и протуберанцы, часто бывают расположены вблизи пятен. Иногда пятна рядом с флоккулом нет, но оно было или появится через некоторое время. Флоккулы сохраняются на диске в течение нескольких недель или месяцев, постепенно изменяя свой вид, а затем исчезают. Иногда на поверхности Солнца можно заметить быстро изменяющиеся вспышки (рис. 22), которые, по-видимому, представляют собой области хромосферы с повышенной ионизацией.

Большие хромосферные вспышки наблюдаются редко даже в годы максимума солнечной активности (два — три раза в год). Природа вспышек еще окончательно не выяснена. Они возникают всегда неожиданно. Общее излучение вспышки в коротких ультрафиолетовых лучах может в несколько раз превышать излучение Солнца. Отдельные вспышки живут от четырех минут до нескольких часов. Обычно вспышки также встречаются вблизи пятен. Систематическое исследование хромосферных вспышек ведется в СССР на Крымской астрономической обсерватории.

Над хромосферой расположена самая внешняя газообразная оболочка Солнца — солнечная корона (рис. 23), видимая невооруженным глазом как серебристо-жемчужное сияние в редкие моменты полных солнечных затмений, когда диск Луны заслоняет Солнце. Она простирается на огромное расстояние в несколько солнечных радиусов (радиус Солнца равен 695 тыс. км). В обычных условиях корона не видна, так как яркость ее в миллион раз меньше яркости самого Солнца, а потому даже свет неба, представляющий собой солнечный свет, рассеянный молекулами воздуха земной атмосферы, оказывается гораздо ярче света короны.

В настоящее время внутренние области короны наблюдаются в любое время при помощи специального прибора — внезатменного коронографа. Такие наблюдения короны систематически проводятся близ Алма-Аты, а также на Горной астрономической станции Академии наук СССР, расположенной близ Кисловодска, на высоте 2130 м. На этой станции, кроме того, ведется систематическое фотографирование фотосферы и хромосферы Солнца, наблюдаются протуберанцы.

Корона богата изменчивыми деталями, имеющими вид струй и лучей. Состав ее точно неизвестен, но можно предполагать наличие в короне разреженных газов, свободных, т. е. не связанных с атомами электронов, и, возможно, пыли. Физические условия в короне совершенно необычные. Температура ее достигает миллиона градусов.

Хромосфера и корона являются источниками открытого недавно радиоизлучения Солнца. Большая заслуга в теоретическом объяснении природы явлений, происходящих в солнечной короне, при надлежит советскому, астроному И. С. Шкловскому.

Все описанные образования на Солнце тесно связаны между собой и обнаруживают те же циклические изменения, что и пятна.

Всю совокупность наблюдаемых на Солнце переменных образований и явлений принято объединить понятием солнечной деятельности или солнечной активности.

Процесс развития активной области на Солнце протекает следующим образом: после того как площадь пятен достигает максимума, пятна начинают разрушаться. В это время обычно область, занятая

Солнечная корона

пятнами, становится особенно активной. В ней происходят наиболее бурные изменения, часто возникают вспышки, резко меняется магнитное поле пятен, наблюдается усиление свечения солнечной короны. В момент максимальной интенсивности над вспышкой часто появляется яркий протуберанец.

На рис. 24 показаны активные области на Солнце 3 февраля 1953 г. На круге, изображающем диск Солнца, точкой отмечено солнечное пятно, заштрихованные области — кальциевые флоккулы. По краю диска сплошной краской показаны протуберанцы, а области, заштрихованные радиальной штриховкой, указывают места с корональным свечением. Чем ярче корональное свечение, тем больше радиус заштрихованной области. Хорошо видно, что солнечная активность захватывает все слои атмосферы Солнца. Свечение короны есть только частное проявление этого возмущения. Активная область на Солнце, до выражению советского астронома М. Н. Гневышева, представляет своеобразный ураган в наружных слоях Солнца, разыгрывающийся на значительной глубине под поверхностью фотосферы.

Вид Солнца 3 февраля 1953 г. по наблюдениям на Горной астрономической станции

Уже давно было замечено, что в большинстве случаев полярные сияния и связанные с ними магнитные бури появляются и достигают наибольшей интенсивности в моменты, непосредственно следующие за прохождением большой или очень активной (быстро изменяющейся) группы солнечных пятен вблизи центра диска Солнца. Пятна, расположенные далеко от центра видимого диска Солнца, не обнаруживают связи с этими явлениями.

В то же время исследование сияний показало, что они, подобно магнитным бурям, имеют тенденцию повторяться через 27 дней, что соответствует одному обороту Солнца (относительно Земли) для мест, в которых появляются пятна. Следовательно, пятно после прохождения его вблизи центра Солнца может вызывать повторяющиеся явления через 27 дней, когда оно снова будет проходить ту же область. Правда, такая цикличность не очень отчетлива, так как пятна не являются постоянными образованиями они рождаются и исчезают

Изменение числа сияний с эпохами солнечной деятельности

через неодинаковые промежутки времени. Некоторые из них могут исчезнуть раньше, чем они снова пройдут вблизи центра при следующих оборотах Солнца.

Далее было обнаружено, что полярные сияния и магнитные бури имеют ту же самую одиннадцатилетнюю цикличность, которая наблюдается в солнечной деятельности. Для иллюстрации связи между числом солнечных пятен и полярными сияниями на рис. 25 приведены кривые изменения числа солнечных пятен, полярных сияний и магнитной активности для обсерватории Голубая Гора, расположенной на северной широте 42 °. Кривые рисунка обнаруживают известный параллелизм. Следует, однако, отметить, что такая зависимость полярных сияний от цикла Солнца характерна только для низких и средних широт.

В годы с наибольшим количеством солнечных пятен полярные сияния наиболее часты, их интенсивность достигает наибольшей величины, а зона их видимости расширяется, распространяясь иногда до средних и даже южных широт.

Сезонный ход числа появлений полярных сияний по данным большого числа метеорологических станций

На рис. 26 приведен сезонный ход частоты появления полярных сияний для лет максимума (слева) и минимума (справа) солнечной деятельности. Видно, что амплитуды изменений гораздо большие в годы высокой активности солнечной деятельности.

Установленная зависимость между изменениями полярных сияний и магнитных бурь и солнечной деятельностью заставляет пред положить, что происхождение полярных сияний и магнитных бурь связано с процессами на Солнце.

Этот вопрос мы разберем в главе о теориях полярных сияний.

 

Предыдущая глава ::: К содержанию ::: Следующая глава

 

                       

  Рейтинг@Mail.ru    

Внимание! При копировании материалов ссылка на авторов книги обязательна.