Строение атмосферы Солнца

Строение атмосферы Солнца. Фотосфера Фотосферу удобно рассматривать как внешний, поверхностный слой Солнца, видимый в белом цвете.

Это¬му слою можно приписать температу¬ру 6700 К. Слой этот по сравнению с другими довольно тонкий даже по нашим зем-ным меркам, он простирается при¬мерно на 500 километров, сливаясь, с одной стороны, с зоной конвекции, а с другой — с хромосферой. Порази-тельной особенностью фотосферы является так называемая грануляция, о которой мы уже упоминали чуть выше. Гранулы — это многоугольники на поверхности фотосферы, пересе¬ченные узкими темными прожилками. Размеры гранул порядка тысячи кило¬метров, живут они несколько минут, сменяясь потом другими гранулами.

Именно поэтому и возникло довольно удачное сравнение с кипящей рисовой кашей. Уже чисто интуитивно напрашивает¬ся ответ на вопрос о природе подобных образований. Если каша кипит, то мы должны иметь дело с конвек¬цией. И действительно, если мы начнем путешествие вместе с квантами излу-чения из центральных районов Солнца к его поверхности, то сначала ни кван¬ты, ни воображаемый путешественник не будет испытывать заметных труд¬ностей.

Температуры там высоки, не¬прозрачность мала, и кванты без тру¬да «просачиваются», диффундируют к поверхности. С понижением температуры начи¬нается рекомбинация электронов и ядер атомов в ионы, которые могут уже взаимодействовать с фотонами, в частности, поглощать их. Ясно, что непрозрачность при этом сильно воз-растает. Однако звезда должна «сбрасы¬вать» энергию, выделяющуюся в ее недрах, если бы этого не было, она просто бы взорвалась.

И вот здесь в игру вступает другой, уже известный нам механизм переноса энергии — конвекция, когда горячие элементы всплывают и отдают свое избыточное тепло окружающей среде, подогре¬вают ее. Ну а вещество, которое опускается при конвективном пере¬мешивании, холоднее окружающей среды, почему и кажется (при тех температурах, с которыми мы имеем дело) более темным. Поэтому можно считать, что разделяющие гранулы темные полосы — участки поверхно¬сти фотосферы.

Конвективная зона на Солнце начи¬нается выше уровня, где значение радиуса достигает 0,85 полного радиу¬са Солнца. Здесь эффективность кон-векции очень велика, она переносит почти весь поток солнечной энергии, хотя сама эта зона содержит все¬го около двух процентов массы Солнца. Итак, грануляция фотосферы — типичное конвективное движение. Скорость этого движения около 300 метров в секунду, разница в температурах между светлыми и темными участками примерно 300 К. В конвективной зоне происходит еще один удивительный процесс, имеющий большое значение не только для фотосферы, по и для хромо-сферы, и для короны Солнца.

Что же это такое? Еще раз вернемся к явлениям кон¬векции и грануляции. На первый взгляд может показаться, что и тот, и другой процессы должны быть совер¬шенно хаотическими. Образование каждой ячейки, так же как и в кипя¬щей рисовой каше, должно происхо¬дить случайно. Оказалось, однако, что это не так. В 1960 году было обнаружено, что вся поверхность в не¬которых участках слоя, расположен¬ного над верхней границей конвек¬тивной зоны, поднимается и опускается относительно некоторого среднего положения, смещаясь при этом на высоту примерно 25 километров.

Причем горизонтальный размер области, которая поднимается и опускается, достигает 50 тысяч кило¬метров! Долгое время это явление не находило объяснения. В последние годы картина все-таки прояснилась. Оказалось, что Солнце, вернее — его кон-вективная зона, работает как гигантский орган, генерируя акустические волны.

Этот факт имеет огромное значение не только потому, что в руках астрофизиков появился новый метод изучения и фотосферы и конвектив-ной зоны Солнца. «Пятиминутные» колебания переносят энергию в верх-ние слои атмосферы Солнца, опреде¬ляя во многом происходящие в них процессы. На Солнце имеются «дефекты» - пятна, по¬жалуй, самые легкие для наблюде¬ния объекты из всех явлений, связан¬ных с нашим светилом.

О них очень много известно, но, тем не менее, специалисты считают, что до сих пор мы не можем понять два основных факта, прямо касающихся пятен: по-чему пятна темные и почему они вообще существуют. Ответ на первый вопрос может показаться очевидным, поскольку разгадку может дать лю-бой человек, мало-мальски знакомый с физикой. «Разумеется,— ответит он,— пятна темные, так как они холодные». Этот ответ будет абсолютно правильным, пятна холоднее окружающей фото-сферы на 1500—2000 К. Но почему они холодные? Ясно, что тем или иным образом де¬ло здесь связано с магнитными поля¬ми. Вообще говоря, магнитные сило¬вые линии в сравнительно слабых полях как бы «вморожены» в вещест¬во и следуют за ним при всех его движениях.

Это понятно, так как превысоких температурах фотосферы мы имеем хорошую проводимость ве¬щества. Но в области пятен магнитные поля в тысячи раз сильнее, чем среднее магнитное поле Солнца, и поэтому ряд исследователей считает, что сильные магнитные поля в области пятна подавляют конвективные дви¬жения, вещество как бы приклеива¬ется к магнитным силовым линиям, и это тормозит восходящие и нисходя¬щие потоки вещества.

Однако подобное объяснение стал¬кивается с целым рядом трудно¬стей. Отнюдь не все специалисты разделяют эту точку зрения, и проб¬лему понижения температуры фото¬сферы в области пятен никоим об¬разом нельзя считать полностью решенной. Пятна редко появляются в одиноч¬ку, обычно возникает сразу группа пятен. Иногда в области пятен можно наблюдать магнитное поле одной полярности, иногда группы пятен би¬полярны.

Интересно, что пятна имеют небольшие собственные движения на диске Солнца. Появлению пятен в активной обла¬сти предшествует рождение факе¬ла — более яркой области фотосфе¬ры. Затем уже в районе факела мож¬но увидеть темные поры. Разрастаясь, они сливаются друг с другом в пятно. Диаметр пятна составляет 10—15 ты¬сяч километров, но, как мы уже гово¬рили, бывают и более крупные пятна. Пятна, по всей видимости, вращают¬ся быстрее, чем окружающий их газ. Очень интересны результаты ана¬лиза поведения пятен за историческое время.

Этот анализ показал, что, начи¬ная с 1645 по 1715 год, то есть в тече-ние 70-летнего промежутка времени, циклы солнечной активности практи-чески исчезли. С 1672 по 1704 год в северном полушарии Солнца пятен не было видно совсем! Этот период времени был назван маундеровским минимумом. Удивительно, что дифференциаль¬ное вращение поверхностных слоев Солнца в течение нескольких лет пе¬ред маундеровским минимумом было в три раза больше обычного.

Вдоба¬вок этот период времени (минимум) совпал с так называемым «малым лед¬никовым периодом» — чрезвычайно холодной погодой в северном полу¬шарии. Внутренняя связь всех этих явлений не представляется очевид¬ной, но ясно лишь одно — сюрпри¬зы и загадки астрофизики находят¬ся не только в глубинах Вселен¬ной, но и прямо перед нашими гла¬зами. Явления, связанные с пятнами на Солнце, не ограничиваются одной лишь фотосферой.

Так, например, «плюмажи» интенсивного излучения, имеющие форму замкнутых петель, уходят в корону. Но о короне позже. А сейчас мы поговорим о следующем за фотосферой слое Солнца — хро-мосфере. 2.2. Хромосфера Больше всего солнечная активность проявляется в хромосфере — сфере цвета, имеющей красноватый оттенок, хорошо видный в момент, непосред-ственно предшествующий полному покрытию Солнца Луной. Именно в хромосфере разыгрываются наибо¬лее впечатляющие и поражающие взор человека процессы.

И хотя, сле¬дуя традиции изложения, следовало бы сначала поговорить о структуре хромосферы, давайте все-таки по¬смотрим на самое интересное явление, на Солнце — протуберанцы. Они могут принимать разнообразнейшие формы, а поведение их нередко совер¬шенно непредсказуемо, словно пове¬дение капризной женщины. Протуберанцы во многом напоми¬нают порождения Океана в романе С. Лема «Солярис». Есть спокойные, долгоживущие протуберанцы, пла¬вающие над Солнцем, словно облака. Эти облака имеют форму занавесок, частоколов, воронок, спокойных во¬локон.

Такие протуберанцы способны существовать месяцами. Правда, они могут изменять свою форму после вспышек на Солнце. Короткоживущие протуберанцы связаны с вспышками па Солнце и с пятнами. Такие протуберанцы пред¬ставляют собой веерообразные вы¬бросы, где вещество движется со ско¬ростью до двух тысяч километров в секунду. Нередко после вспышек и выбросов возникают протуберанцы, имеющие вид красивых, сложных дуг, замкнутых петель, дождя, а протубе¬ранцы, примыкающие к солнечным пятнам, похожим на волокна.

Структура волокна изменчива, но сами протуберанцы живут довольно долго, в течение нескольких дней. Очень часто вещество вытекает из протуберанца и по изящной дуге втекает в солнечное пятно. Ясно, что протуберанцы, как одно из проявлений активности Солнца, тесно связаны с магнитными полями. Их плотность существенно выше плот-ности окружающего вещества, и по¬этому они в принципе не должны были бы существовать столь длитель¬ное время.

Пусть в хромосфере образовалась магнитная структура типа «примятой арки», Такие вещи могут появляться в активных областях на границе разде¬ла полярности поля. Суть процесса в том, что на краях «арки» газ нагрева¬ется сильнее, чем в центре. Уменьше¬ние нагрева на вершине приводит к тому, что газ охлаждается, сваливается в яму магнитного поля и там уплот¬няется. Это и есть зародыш протубе¬ранца. Он непрерывно растет по мере добавления к нему все новых и новых порций газа, а магнитные линии проги¬баются под его тяжестью, но, тем не менее, не дают ему возможности упасть обратно в хромосферу.

Такой механизм может за один день обеспечить появление над хромосфе-рой довольно солидного протуберан¬ца. Но не только структура поля типа «примятой арки» может обеспечить устойчивость протуберанца. К приме¬ру, горизонтальные участки магнитно¬го поля удерживают протуберанцы типа спокойных волокон. Мы видим, что практически все про¬явления солнечной активности, будь то пятна, протуберанцы или вспышки, так или иначе связаны с магнитными полями на Солнце.

Феерическое зрелище протуберанцев не может оставить равнодушным того, кто хоть раз наблюдал это. Но наиболее мощным и сложным проявлением солнечной активности являются вспышки. Они характеризу-ются удивительным многообразием физических процессов. Здесь мы можем видеть и ядерные реакции и накопление огромного количества энергии с чрезвычайно быстрым последующим ее выделением. Доста¬точно сказать, что энергия вспышек в некоторых случаях эквивалентна взрыву сотен миллионов водородных бомб! Но давайте сейчас все-таки посмотрим, что представляет собой сама хромосфера — арена, на кото¬рой разыгрываются эти бурные события.

Хромосфера — область между фотосферой и короной. Но сразу же следует сказать, что выражена она несколько нечетко. Эта нечеткость проявляется особенно наглядно в верхней хромосфере, которая до¬вольно плавно, без видимых границ переходит в солнечную корону. Если знать неспециалисту «прово¬кационный» вопрос, чья температура выше — фотосферы или хромосфе¬ры, наверное, ответ будет однозна¬чен: фотосферы. Но этот ответ, хо¬тя и построен на правильных общих предположениях, неверен.

Оказыва¬ется, что над поверхностью фотосфе¬ры до высоты сто километров темпе¬ратура возрастает до 20 тысяч К, то есть на 1 К на каждые 5 метров! И чем выше, тем больше становится температура, на высоте 5 тысяч кило¬метров она достигает уже миллиона градусов. Однако эти высоты свя¬заны с короной, и мы сейчас спустим¬ся чуть пониже. Естественно, возникает вопрос об источнике нагрева хромосферы и короны.

Ведь действительно кажется, по меньшей мере, странным, что с удалением от центра Солнца, где расположены основные источники энергии, температура его внешних слоев начинает увеличиваться. Но против наблюдательных данных, как говорится, не пойдешь, и факт по¬вышения температуры нужно было объяснять. Объяснение оказалось далеко не тривиальным. В хромосферу и корону накачивают энергию, необходимую для нагрева акустические волны.

Именно голос Солнца, о котором уже говорилось выше, и греет верхние слои Солнца. Не правда ли, несколько неожиданный вывод? Но это именно так. А, кроме того, корона возвра¬щает часть полученной ею энергии обратно в хромосферу, так что источ¬ники ее нагрева сегодня известны. Одно из самых интересных и кра¬сивых явлений в хромосфере — спикулы. Они наблюдались еще патером Секки, который сравнивал их с горящей прерией. На самом деле спикулы — это струи вещества, поднима¬ющиеся вверх со скоростями 20—30 километров в секунду до вы¬сот более 6 тысяч километров.

Други¬ми словами, спикулы уходят в область солнечной короны. "Наблюдаемый лес спикул - постоянная особенность хромосферы. Отдельные спикулы геометрически тонки — толщина многих из них мень¬ше 500 километров. Конечно, поня¬тие «тонкий» совершенно различно для Солнца и Земли. Мы говорим о тонких спикулах в атмосфере Солнца, но представьте себе столб раскален¬ной плазмы с диаметром основания, равным расстоянию от Москвы до Ле¬нинграда, а высотой с половину ра¬диуса земного шара. Некоторые ученые считают, что в каждый момент времени на Солнце имеется около полумиллиона спикул.

Отдельные скопления спикул были на-званы «дикобразами». Спикулы генетически связаны с бо¬лее глубокими, чем фотосферные гранулы, элементами конвекции. Это так называемая супергрануляция, раз-меры элементов которой достигают 3 тысяч километров. Это явление бы¬ло открыто сравнительно недавно.

Элементы супергрануляции живут уже не несколько минут, а сутки. Эле-менты супергрануляции, вернее — связанные с ними магнитные поля, воздействуют на хромосферу, ини¬циируя в ней такие сложные струк¬туры, как, в частности, спикулы. Си¬стема спикул, в свою очередь, обра¬зует в хромосфере, называемую хромосферной сеткой. Поразительные явления, возника¬ющие в хромосфере, еще таят в себе немало загадок. Но, пожалуй, самым масштабным и самым сложным из всех процессов на Солнце являются все-таки солнечные вспышки, разго¬вор о которых мы уже начинали. Сегодня вспышки интересуют не только астрономов-наблюдателей, но и геофизиков и космонавтов.

Это и не¬удивительно, поскольку вряд ли ка¬кое-либо другое явление на Солнце оказывает столь сильное влияние на Землю, как солнечные вспышки. В настоящее время десятки стан¬ций, расположенных по всей Земле, непрерывно ведут службу Солнца (патрулирование), измеряют число, положение, площадь вспышек. По ин¬тенсивности вспышки оцениваются по трехбалльной системе в зависимо¬сти от их яркости.

Самая яркая вспыш¬ка и имеет балл 3. В связи с этим я хочу рассказать забавную историю, связанную с нача-лом патрулирования Солнца. Дело это было новое и нудное, поскольку, как говорится, нужно просто-напросто ждать у моря погоды, ждать вспышки. Администрация одной обсерватории решила вопрос с зарплатой наблюда¬телей просто и «мудро». Она платила за вспышку в 1 балл пять монет, за вспышку в два балла 10 монет, ну а за вспышку в три балла 15 монет.

Нужно ли говорить о том, что данные этой обсерватории отличались огромным количеством сильных вспышек! Связь вспышек с магнитными поля¬ми активных областей Солнца сейчас точно установлена. Посмотрим, что же такое активные области. На Солнце существуют так назы¬ваемые пояса активности, располо¬женные к северу и югу от экватора. Именно в этих поясах наблюдаются сильные магнитные поля, которые на¬растают и распадаются за время от суток до месяцев. В тех местах, где происходит нарастание напряженности магнитного поля, и происходят, такие явления, как пятна, вспышки и факелы.

Области проявление вариа¬ций солнечного магнетизма называ¬ются активными областям» Размеры их колеблются от десяти тысяч до со¬тен тысяч километров. Кроме пятен и вспышек, активные области замечательны тем, что они излучают рент¬геновские и ультрафиолетовые фото¬ны. Мало того, над активными обла¬стями иногда исчезает верхняя хро¬мосфера! Структура активной области полно¬стью определяется совокупностью магнитных полей в ней. Но что можно сказать о самих полях? Почему проис-ходят такие сильные изменения в маг¬нитных свойствах Солнца? На Солнце мы имеем дело с ве¬ществом, представляющим собой плазму — хороший проводник.

Дви¬жение же проводника в магнитном поле всегда приводит к появлению электрического тока. Совершенно ясно, что токи эти, в свою очередь, вызывают изменение поля. Ну а поскольку, как мы знаем, на Солнце наблюдается весьма сложная картина движений плазмы—здесь и грануляция, и супергрануляция, диф-ференциальное вращение и многое другое, она и приводит к сильной изменчивости магнитных полей, наи¬более ярко проявляющихся в поясах активности.

Магнитные поля на Солнце не пре¬доставлены самим себе. Они тесно взаимодействуют с проводящим ве¬ществом, и в этом суть дела. При высокой проводимости поле «вмора¬живается» в плазму, магнитный поток остается постоянным, двигаясь вместе с плазмой. Для этого, конечно, нужно, чтобы плотность плазмы была до¬статочно высока.

Так и случается в конвективной зоне, откуда магнитные поля как бы всплывают вместе с ве¬ществом к фотосфере. Далее, уже в атмосфере Солнца, и разыгрываются все процессы, связанные с анниги¬ляцией, перезамыканием полей раз¬личной полярности. Посмотрим теперь, что происходит на Солнце во время вспышки. Задол¬го до самой вспышки, в течение не¬скольких часов или даже суток, в активной области, в ее магнитных по¬лях запасается избыточная энергия. Происходят процессы, внешне ана¬логичные закручиванию резинки в «двигателе» игрушечного самолета.

Ситуации здесь действительно гео-метрически похожи — такие закру¬ченные структуры нередко можно наблюдать в атмосфере Солнца, в районе областей сильного магнитного поля. В закрученных полях должны возникать токи, так как в них меняет¬ся направление поля. К тому же может случиться, что всплывшее поле имеет другую поляр-ность, чем-то, которое уже было на этом месте. Здесь тоже, разумеется, возникают токи. Именно таким обра¬зом и запасается энергия перед вспышкой.

Сегодня принято считать, что глав¬ная причина появления вспышки ле¬жит в очень быстрой перестройке магнитных полей, их перезамыкании. В области перезамыкания выделяется около половины общей магнитной энергии. Этого вполне хватает, чтобы обеспечить вспышку требуемой энер¬гии и выбросить в корону нагретую плазму. Вообще говоря, чудовищная энергия магнитных полей высвобож¬дается в виде взрыва, но этот взрыв длится иногда несколько минут, а то и сутки.

Значительная часть энергии идет на ускорение электронов, скорость дви-жения которых достигает половины скорости света. Движение таких электронов в магнитном поле и окру¬жающем газе вызывает радиоизлуче¬ние и жесткое рентгеновское излуче¬ние. Эффекты, вызываемые вспыш¬ками на Солнце, столь сильны, что они проявляются даже на нашей планете. Так, во время вспышек нарушается радиосвязь, или, наоборот, становится возможным прием удаленных телепередатчиков, или вдруг начинает приходить радиоизлучение от дале¬ких гроз. Все эти вещи имеют не только научное, во и практическое значение, так как от этих эффектов, с одной стороны, зависит радиосвязь на Земле, а с другой стороны — кос¬монавты в космосе практически ни¬чем не защищены от жесткого излу¬чения, сопровождающего вспышки.

Советский ученый А. Чижевский провел огромную работу, пытаясь установить зависимость между сол¬нечной активностью и частотой раз-личных эпидемий на Земле. Он об¬наружил удивительные закономер¬ности. Вспышки различных болезней очень точно «отслеживают» измене¬ния в активности Солнца.

Труды Чижевского не сразу получи¬ли признание, хотя и до него ученые замечали, что активность Солнца свя¬зана с различными явлениями на Зем¬ле. Свою замечательную книгу «Зем¬ное эхо солнечных бурь» он написал на французском языке и впервые из¬дал в Париже. Интересно, что одним из первых смелые идеи Чижевского оценил К. Циолковский. Следует сказать о том, что Чижев¬ский не считал солнечную активность прямой причиной вспышек эпидемий и заболеваний.

Он полагал, что дея-тельность Солнца «лишь способст¬вует» 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 органи¬ческом мире Земли, связанных с из¬менениями в солнечной активности. Интересно, что еще В. Гершель от¬метил 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 уда¬лось установить, что от активности Солнца зависит частота несчастных случаев, преступлений, внезапных смертей, эпизоотии и падеж скота, и целый ряд других явлений: уровень озер, грунтовых вод сток рек, толщина донных отложений ила, количест¬во льда в полярных морях, повторяе¬мость засух, ураганов, ливней, годо¬вые температуры.

Удалось обнаружить 27-дневный цикл погоды. Но ведь период враще¬ния Солнца вокруг собственной оси также равен примерно 27 дням. Многие считают, что активность Солнца и, в частности, хромосферные вспышки оказывают прямое воздейст¬вие на погоду. Но у этой идеи есть и свои противники. Да что там погода! Высказываются мысли о том, что с солнечной актив-ностью связаны изменения скорости суточного вращения Земли! А ведь эти изменения могут вызывать такое грозное явление природы, как земле-трясения.

Кстати, от вращения плане¬ты зависят и погода и климат. Чижевского можно с полным пра¬вом считать первым человеком, кото¬рый перекинул мост между Солнцем и Землей. Его идеи оказались настоль¬ко плодотворными, что сейчас возни¬кает новая отрасль науки — гелиобио-логия. Многие десятки обсерваторий все¬го мира осуществляют круглосуточ¬ный контроль за Солнцем. Кроме того, различная научная аппаратура для исследования Солнца запускается на шарах, зондах, самолетах, ракетах и спутниках.

Радиотелескопы слушают радиоголос Солнца. Долгоживущие орбитальные станции типа «Салют», космические корабли «Беги» и «Вояд-жеры» имеют на борту приборы, дав¬шие неоценимую информацию о межпланетном пространстве, плазме, солнечном магнитном поле, ударных волнах и т. д. 2.3. Корона Корона устроена существенно проще хромосферы и фо¬тосферы. Разумеется, это не означает, что мы знаем о ней больше, чем о нижних слоях. И все-таки ее жизнь не отягчена такими бурными событиями, как жизнь хромосферы и фотосферы, хотя, конечно, отголоски различных катаклизмов доходят и до короны.

Солнечную корону видел каждый, кому посчастливилось наблюдать пол-ное солнечное затмение. Корона, особенно ярка, вблизи Солн¬ца, а длинные лучи простираются на большие расстояния. Форма короны заметно меняется в зависимости от уровня солнечной активности. В мини¬муме корона симметрична, а в мак-симуме над активными областями наблюдаются особенно интенсивные лучи. Характер¬ной особенностью короны является ее чрезвычайно высокая (по сравнению с фотосферой) температура, превы¬шающая миллионы градусов.

По¬скольку горячая корона представляет собой хорошо проводящую плазму, то отчетливо наблюдаемая в ней во¬локнистая структура как бы отслежи¬вает «магнитные силовые линии и тем самым показывает» астрономам струк¬туру магнитного поля Солнца. Кстати говоря, с высокой температурой ко¬роны связана одна поучительная исто¬рия. Уже давно в спектре короны на¬блюдались сильные эмиссионные ли¬нии, длины волн которых были точно известны более пятидесяти лет назад.

Но в среде астрономов и спектроско¬пистов слишком сильно было преду-беждение о невозможности высокой температуры короны. Поэтому переби-ралось огромное количество «кандида¬тов» в качестве источников возбужде¬ния этих линий, но все было тщетно. Эти линии приписали неизвестному элементу «коронию». Затем линии «корония» открыли при исследовании спектров повторной новой Змеенос-ца. Это случилось в 1933 году. Заведомо было ясно, что уж во вре¬мя вспышек новой температуры должны быть достаточно высоки.

Но только шесть лет спустя удалось уста-новить, что неизвестные линии в коро¬не принадлежат не «коронию», а обычным земным элементам, в част¬ности железу, но только атомы желе¬за находятся в очень высокой степе¬ни ионизации: электронные оболочки атома просто «ободраны». Ну а по¬скольку такое возможно лишь при очень высоких температурах, стало ясно, что корона очень сильно нагре¬та. В состав короны входят полностью ионизированные водород и гелий, уг-лерод, азот и кислород, ионизирован¬ные вплоть до электронов самой глу-бокой оболочки, и другие элементы с различной степенью ионизации.

На этом примере видно, как ради¬кально изменялись представления о Солнце за очень короткий промежу¬ток времени. Не менее серьезные изменения произошли и в наших знаниях о меж-планетной среде. Сегодня мы уже знаем, что это не пустота, земля бук-вально плавает в верхней части коро¬ны Солнца, и она обдувается потоком частиц — солнечным ветром.

Явление это, как нередко бывает в науке, предсказано было теоретиче-ски, «на кончике пера», в 1958 году, совсем недавно. Интересно, что толч-ком послужил анализ поведения ко¬мет. Давно считалось, что солнечное из¬лучение влияет на форму и давление вещества в хвостах комет, но только в начале 50-х годов нашего столетия было строго показано, что как иониза¬ция, так и направленное наружу уско-рение материала в хвостах комет на¬много больше, чем, если бы это было вызвано одним световым давлением.

Кроме того, хвосты комет явно реаги-ровали на солнечную активность: ускорение движения вещества увели-чивалось в годы повышенной солнеч¬ной активности. Все встало на свои места, когда со¬ветская станция «Луна-2» обнаружила в межпланетном пространстве потоки плазмы, которые с довольно большими скоростями двигались от Солнца. Потоки эти состоят из протонов, электронов, более тяжелых ионов, и в зависимости от солнечной активности они имеют различную скорость — от 200 до 1000 километров в секунду.

Таким образом, оказалось, что из на¬шей звезды, из ее короны происхо¬дит непрерывное истечение вещест¬ва. Связь солнечного ветра со струк¬турой короны обнаружилась доволь¬но быстро, и здесь ученым пришлось обратить особое внимание на обшир¬ные области в короне, практиче¬ски не дающие рентгеновского излу¬чения. Области эти получили назва¬ние корональных дыр. Им присущи интересные особенности. Во-первых, плотность короны над дырами при¬мерно в три раза ниже, чем для сред¬него спокойного Солнца.

Во-вторых, температура короны над ними замет¬но ниже, она составляет «всего» мил¬лион градусов, тогда как над спокой¬ными нормальными областями приближается к двум миллионам граду¬сов. Интересно, что в фотосфере и ниж¬ней хромосфере дыры проявляются мало, а чаще всего вообще не прояв¬ляются. Ни грануляция, ни супергра-нуляция, по всей, видимости, никак с ними не связаны, приток механиче-ской энергии, проходящий через фо¬тосферу вверх (акустические волны), вероятно, один и тот же внутри и вне дыр. Но тогда непонятно, на что же расходуется избыток энергии.

Ведь температура и плотность в корональных дырах поменьше, чем в окружа¬ющих областях, а это означает мень¬шие потери на излучение (именно поэтому дыры и выглядят темными). Вопрос этот не простой, и ответ на него был найден не сразу. Лишь дан-ные, полученные в последнее время, самым решительным образом проде-монстрировали тот факт, что таинст¬венный избыток энергии идет на со-здание и ускорение солнечного ветра, который истекает главным образом из областей, где расположены корональные дыры. Самые крупные дыры расположены у полюсов Солнца.

Эти дыры живут особенно долго: космический ко¬рабль «Скайлэб» наблюдал полярную дыру в течение восьми месяцев. Раз¬меры этих дыр позволяют предполо¬жить, что из полярных областей Солн¬ца исходит солнечный ветер огром¬ной силы. По сравнению с ним солнеч¬ный ветер, наблюдающийся в около¬земном пространстве, показался бы совсем слабым.

Чтобы представить себе масштабы этого явления, заметим, что солнеч-ный ветер уносит ежесекундно около миллиона тонн вещества! Солнечный ветер оказывает сильное воздействие на нашу планету, вызывая, например, полярные сияния. Давайте посмотрим немного подробнее, как взаимодейст-вуют потоки солнечной плазмы с Землей, вернее, не с твердым телом пла-неты, а с самыми внешними ее обо¬лочками. Итак, в течение многих миллиардов лет потоки солнечной плазмы атакуют Землю. Первым защитным бастио¬ном здесь является магнитное поле Земли. Именно оно не дает частицам солнечного ветра возможность напря¬мую бомбардировать Землю. Под воздействием потока плазмы геомаг¬нитное поле «поджимается» ближе к дневной поверхности Земли, а сол¬нечный ветер начинает обтекать маг¬нитное препятствие, встретившееся на его пути. Причем, вполне естествен¬но, напряженность геомагнитного поля при такой деформации возрас¬тает. Все эти события разыгрываются в некой довольно узкой зоне, располо-женной от нас на расстоянии 10—12 земных радиусов.

А во время сильных магнитных бурь граница маг¬нитосферы сильно приближается к нам, и геомагнитное поле поджато до 4—6 земных радиусов.

Однако некоторые наиболее энер¬гичные частицы могут прорываться через магнитосферные щели-участки, где поле очень слабое. Эти частицы ответственны за разрушение ионосферы Земли, и, следовательно, за все те нарушения радиосвязи, о ко¬торых мы говорили. Около магнитных полюсов силовые линии геомагнитно¬го поля расположены ближе к поверх¬ности Земли. Заряженные частицы солнечного ветра, двигаясь вдоль маг¬нитных силовых линий, проникают в полярных районах более глубоко в ат¬мосферу и, взаимодействуя там с ато¬мами и молекулами, передают им часть своей энергии.

В верхней атмо¬сфере возбуждается таким путем све¬чение, и мы можем наблюдать одно из самых красивых явлений приро¬ды — полярные сияния. Все явления, о которых мы сейчас говорили, тесно связаны с магнитны-ми полями Солнца. Природа вспышек, протуберанцев, солнечных пятен ста-нет ясной лишь тогда, когда до конца будет понят механизм, приводящий к возникновению магнитных полей на Солнце.

Сейчас общепринятой теории всех этих явлений нет. Именно поэто¬му мы не понимаем, в частности, чем обеспечена устойчивость солнеч¬ных пятен, как происходит нагрев ко¬роны и т. д. Но чувство неудовлетворенности от, в общем-то, большого числа нерешенных загадок, которые ставит нам Солнце, отчасти смягчается тем об¬стоятельством, что все эти нерешен¬ные вопросы мы не в состоянии даже поставить по отношению к другим солнцам — далеким звездам.

Исследование Солнца дает нам ключ к по¬ниманию множества процессов, про¬ходящих в дальнем космосе, и, не будь Солнца, мы вынуждены бы¬ли бы ограничиваться лишь догад¬ками. 3.