Космос и Человечество

Солнце... Могучий Гелиос...

Центральная звезда нашей планетной системы — единственная звезда, поверхность которой можно непосредственно наблюдать с Земли. Действительно, это ближайшая к нам звезда. Если свет других звезд, распространяющийся с фантастической скоростью,— 300 тыс. км/с идет до Земли долгие годы, то расстояние от Земли до Солнца (около 150 млн. км) он пробегает всего за 8 мин и 19 с. А путешествие до следующей ближайшей к нам звезды, до «альфы Центавра», он совершает за четыре с четвертью года.

Так вот, можно считать, что Солнце — наша собственная звезда.

И все же расстояние Земли от Солнца крайне велико — так велико, что на Землю попадает только совершенно ничтожная часть (около одной двухмиллиардной доли) того огромного потока энергии, которую Солнце в виде света и тепла излучает в окружающее пространство.

«Рядовая звезда в системе Млечного пути, обычный желтый карлик» — такова научная классификация нашего светила, сухая и бесстрастная. Но диаметр этого «карлика», диаметр огромного раскаленного газового шара (1390 тыс. км) в 109 раз больше поперечника Земли. Масса Солнца в 333 тыс. раз больше земной, а объем — в 1300 тыс. раз больше.

Солнце вращается вокруг своей оси в том же направлении, в котором движутся по своим орбитам окружающие его планеты, включая и нашу Землю. Поэтому мысленно мы можем наметить ось вращения Солнца, а на его поверхности, как на глобусе, провести экватор, параллели и меридианы. Меридиан, проходящий через центр видимого диска Солнца, принято называть центральным.

Газовый шар Солнца, сохраняющий свою форму под действием его собственного гравитационного поля, состоит в основном из двух химических элементов: водорода (85%) и гелия (13%). В этом водородно-гелие-вом газе все остальные элементы (кислород, азот, магний, кремний, натрий, алюминий, углерод, железо и др.) присутствуют лишь в качестве примесей. Мы, к сожалению, пока что очень мало знаем о деталях внутреннего строения Солнца. Центральную часть светила мы наблюдать не можем, так как солнечные газы непрозрачны.

Если у науки нет экспериментальных данных, то приходится прибегать к теоретическим расчетам. Масса солнечного газа настолько велика, что плотность и давление, а следовательно, температура достаточны для протекания ядерных реакций. Согласно теории, температура газов в самом центре Солнца достигает 20 млн. К, а давление— 10 млрд. атм. В этих условиях любой химический элемент должен перейти в так называемое плазменное состояние* Здесь непрерывно происходят мощные термоядерные (термоядерный синтез водородных атомов и превращение их в более тяжелые элементы) реакции, сопровождающиеся колоссальным выделением энергии. Эта энергия и поддерживает уже очень долго излучение Солнца на современном уровне.

С точки зрения физики, Солнце — не что иное, как колоссальный природный ядерный реактор, удаленный от Земли на сравнительно безопасное расстояние. Этот реактор миллиарды лет перерабатывает в энергию свое собственное вещество. Каждую секунду 4 млн. т солнечного вещества рассеивается в пространстве в виде теплового (или, как говорят физики, инфракрасного), светового, ультрафиолетового, радиоволнового, рентгеновского излучения, гамма-лучей и, наконец, потоков электрически заряженных и нейтральных частиц различных энергий.

И все-таки, несмотря на такой огромный расход вещества, согласно геологическим и палеонтологическим данным, по крайней мере в течение нескольких миллиардов лет Солнце светило практически так же ярко, как и сейчас. А поскольку масса Солнца оценивается в 2-Ю27 т, то жизнь Солнца как самосветящегося тела обеспечена на многие миллиарды лет.

Что же известно людям — обитателям небольшой планеты Земля, третьей по счету от центрального светила, о строении своей звезды? Если Солнце — газовый шар, то почему его края не размыты? Почему даже в очень мощные, большие телескопы Солнце кажется диском с резко очерченными краями?

Дело в том, что существует сравнительно тонкий, 100—300 км (по сравнению с радиусом Солнца в 700 тыс. км это, конечно, «тонкий»), непрозрачный внешний слой, отделяющий недра Солнца от обширной солнечной атмосферы. Оказывается, что в основном весь свет и все тепло, которые излучаются Солнцем в окружающее пространство, выходят из этого слоя, который называется фотосферой.

Энергия, высвобождаемая при ядерных реакциях, не вся прямо переходит в тепло, излучаемое в космическое пространство. Из глубины Солнца энергия должна проделать путь к его поверхности в форме жесткого и мягкого рентгеновского и ультрафиолетового излучения. В конечном итоге эта радиация поглощается в верхних слоях, а нагретый газ расширяется и поднимается. Эти внешние области называются конвективным слоем и простираются на расстояние порядка четверти солнечного радиуса ниже фотосферы.

Из слоев, расположенных непосредственно под фотосферой, идет сильное излучение раскаленных газов, но оно не выходит наружу, а полностью поглощается фотосферой. Поэтому температура фотосферы в среднем составляет около 6000 К. И эта температура повышается с глубиной, по направлению к центру Солнца. Напомним, что фотосферный слой — это газ, и, значит, вещество находится в непрерывном движении.

Если рассматривать Солнце в телескоп, то можно заметить, что поверхность фотосферы неоднородна и состоит из отдельных «зерен» — гранул. Картина грануляции все время меняется — появится блестящее зерно, отделенное от соседних зерен темным пространством, а через несколько минут исчезнет. А потом на его месте образуется новая гранула и так до бесконечности.

Одним из способов изучения Солнца, причем очень эффективным, является спектральный анализ. Он не только дает возможность определять химический состав светящегося газа, но и позволяет оценивать движение этого газа, Мы уже говорили об эффекте Доплера и связанном с ним уширении и смещении спектральных линий. Так вот, применение спектрального анализа непосредственно показывает, что «зернистая» поверхность фотосферы объясняется наличием восходящих и нисходящих токов. Нагретый газ (светлые гранулы) поднимается из глубин Солнца и, охладившись, опускается обратно. Температура темных промежутков на 350—400 К ниже средней температуры фотосферы. Разность температур и создает впечатление ячеистости. Диаметр гранул — в среднем около 700 км. Таким образом, фотосфера Солнца все время перемешивается, как кипящая вода в кастрюле. Такое явление в физике называют конвекцией.

Конвективный слой на Солнце начинается с глубины около 100 тыс. км, и фотосфера — это его верхняя граница. Движения ионизированного газа в конвективной зоне закручивают и переплетают силовые линии генерируемого внутри Солнца магнитного поля, которое вморожено в плазму, сжимая и сближая силовые линии, образуя тем самым сильные локальные поля.

Мы уже говорили, что огромный солнечный шар медленно вращается вокруг собственной оси. Лучше всего это вращение изучено для фотосферы. Но вращается Солнце не как твердое тело. Если бы оно было твердым телом, все его точки имели бы одинаковую угловую скорость, а значит, совершали бы полный оборот за одно и то же время. Между тем, экваториальные области Солнца вращаются быстрее всего и совершают полный оборот за 25 суток. Чем ближе к полюсам (солнечным полюсам!), тем медленнее вращается фотосфера; например, уже на широте 30° (одна треть расстояния от экватора до полюса) период вращения составляет 26,3 суток. Вблизи полюса это уже месяц. В среднем полный оборот Солнце совершает за 27 земных суток.

Над фотосферой располагается следующая оболочка Солнца — хромосфера. Такое название она получила за свой розоватый цвет, заметный во время полных солнечных затмений. Помните, что такое затмение? Если Солнце, Луна и Земля окажутся на одной линии, то для земного наблюдателя Луна полностью закроет диск Солнца. И тогда вокруг черного диска можно будет заметить розовый (или оранжево-красный) ободок — это и есть хромосфера. В сильный телескоп видно, что она состоит из огромных языков пламени, причудливо извивающихся и переплетающихся. И пламя это простирается вверх на 10—15 тыс. км.

Хромосферу можно считать частью солнечной атмосферы. Это гораздо более разреженная область, чем расположенная внизу фотосфера. И нагрета она сильнее — правда, очень неравномерно. В одной части хромосферы газ может быть нагрет всего до 7—1 0 тыс. К, а в другой — может встретиться вкрапление температурой 30 тыс. К. Но в целом температура повышается с высотой.

Выше хромосферы находится самый внешний пояс солнечного вещества с очень красивым и звучным названием — «солнечная корона». Во время затмения серебристый лучистый ореол окружает заслоненное Луной Солнце. Корональные лучи от солнечной поверхности тянутся иногда на миллионы километров.

Корона целиком состоит из ионизированной плазмы, находящиеся здесь газы разрежены в миллионы раз сильнее, чем в хромосфере и фотосфере, зато температура короны — миллионы градусов! Строение короны очень сложное, структуры очень изменчивы. Лучи и опахала солнечной короны то сжимаются, то широко расправляются. Конечно, физики хотят изучить и описать эту интереснейшую область. И тут дается полная воля фантазии и образному мышлению. «Лучи», «опахала», «корональные хлысты», «кусты», «серпы», «луковицы», «пузыри», «бомбы», «полярные щеточки», «шея», «горловина» — вот такими терминами изобилуют статьи и книги по физике солнечной короны. А как вам нравятся такие строгие термины, как «модель подметающей юбки», «структура типа пшеничное поле» и «дикобраз»? Но именно так описываются сложные явления в солнечной атмосфере, бесконечно изменчивой, подчас неуловимой.

И хромосфера, и корона являются мощными источниками радиоизлучения. Радиоволны уходят в мировое пространство и, конечно, достигают Земли, где улавливаются специальными радиотелескопами. Сквозь земную ионосферу проникают радиоволны длиной от нескольких миллиметров до 15—30 м. Остальные либо поглощаются в земной атмосфере, либо отражаются от нее.

В отличие от земной ионосферы, солнечная корона образована ионами и электронами, которые стремительно уносятся прочь от Солнца. Поверхность Солнца непрерывно испускает поток частиц, который ученые образно назвали солнечным ветром. Солнечный ветер направлен во все стороны от Солнца и наполняет заряженными частицами все околосолнечное пространство, всю нашу планетную систему. Его можно рассматривать как часть непрерывно расширяющейся солнечной короны. Наша планета тоже попадает в этот поток, он обтекает ее, взаимодействуя с магнитным полем Земли, с ионосферой и нижележащей атмосферой. Без преувеличения можно сказать, что мы живем в короне Солнца. Вот теперь становится еще более очевидно, что все процессы на Земле должны быть теснейшим образом связаны с жизнью «желтого карлика».

Казимировский Э. С.

< Предыдущая		Следующая >