История изучения

Первые сообщения о пятнах на Солнце относятся к наблюдениям 800 года до н. э. в Китае .

Зарисовки пятен из хроники Иоанна Вустерского

Впервые пятна были зарисованы в 1128 году в хронике Иоанна Вустерского .

Первое известное упоминание солнечных пятен в древнерусской литературе содержится в Никоновской летописи , в записях, относящихся ко второй половине XIV века:

бысть знамение на небеси, солнце бысть, аки кровь, и по нем места черны

бысть знамение в солнце, места черны по солнцу, аки гвозди, и мгла велика была

Первые исследования фокусировались на природе пятен и их поведении. Несмотря на то, что физическая природа пятен оставалась неясной вплоть до XX века , наблюдения продолжались. К XIX веку уже имелся достаточно продолжительный ряд наблюдений пятен , чтобы заметить периодические вариации в активности Солнца. В 1845 году Д. Генри и С. Александер (англ. S. Alexander ) из Принстонского университета провели наблюдения Солнце с помощью специального термометра (en:thermopile) и определили, что интенсивность излучения пятен, по сравнению с окружающими областями Солнца, понижена.

Возникновение

Возникновение солнечного пятна: магнитные линии проникают сквозь поверхность Солнца

Пятна возникают в результате возмущений отдельных участков магнитного поля Солнца. В начале этого процесса трубки магнитного поля «прорываются» сквозь фотосферу в область короны, и сильное поле подавляет конвективное движение плазмы в гранулах , препятствуя в этих местах переносу энергии из внутренних областей наружу. Сначала в этом месте возникает факел , чуть позже и западнее - маленькая точка, называемая по́ра , размером несколько тысяч километров. В течение нескольких часов величина магнитной индукции растет (при начальных значениях 0,1 тесла), размер и количество пор увеличивается. Они сливаются друг с другом и формируют одно или несколько пятен. В период наибольшей активности пятен величина магнитной индукции может достигать 0,4 тесла.

Срок существования пятен достигает нескольких месяцев, то есть отдельные группы пятен могут наблюдаться в течение нескольких оборотов Солнца. Именно этот факт (движение наблюдаемых пятен по солнечному диску) послужил основой для доказательства вращения Солнца и позволил провести первые измерения периода обращения Солнца вокруг своей оси.

Пятна обычно образуются группами, однако иногда возникает одиночное пятно, живущее всего несколько дней, или биполярная группа: два пятна разной магнитной полярности, соединённые линиями магнитного поля. Западное пятно в такой биполярной группе называется «ведущим», «головным» или «P-пятном» (от англ. preceding ), восточное - «ведомым», «хвостовым» или «F-пятном» (от англ. following ).

Только половина пятен живёт больше двух дней, и всего десятая часть - более 11 дней.

В начале 11-летнего цикла солнечной активности пятна на Солнце появляются на высоких гелиографических широтах (порядка ±25-30°), а с ходом цикла пятна мигрируют к солнечному экватору, в конце цикла достигая широт ±5-10°. Эта закономерность носит название «закон Шпёрера ».

Группы пятен ориентируются приблизительно параллельно солнечному экватору, однако отмечается некоторый наклон оси группы относительно экватора, который имеет тенденцию к увеличению для групп, расположенных дальше от экватора (т. н. «закон Джоя »).

Свойства

Средняя температура поверхности Солнца около 6000 К (эффективная температура - 5770 К, температура излучения - 6050 К). Центральная, самая темная, область пятен имеет температуру всего около 4000 К, наружные области пятен, граничащие с нормальной поверхностью, - от 5000 до 5500 К. Несмотря на то, что температура пятен ниже, их вещество все равно излучает свет, пусть и в меньшей степени, чем остальная поверхность. Именно из-за этой разницы температур при наблюдении и возникает ощущение, что пятна темные, почти черные, хотя на самом деле они тоже светятся, однако их свечение теряется на фоне более яркого солнечного диска.

Центральная тёмная часть пятна носит название тени. Обычно её диаметр составляет около 0,4 диаметра пятна. В тени напряжённость магнитного поля и температура довольно однородны, а интенсивность свечения в видимом свете составляет 5-15 % от фотосферной величины. Тень окружена полутенью, состоящей из светлых и тёмных радиальных волокон с интенсивностью свечения от 60 до 95 % от фотосферного.

Поверхность Солнца в области, где располагается пятно, расположена примерно на 500-700 км ниже, чем поверхность окружающей фотосферы. Это явление носит название «вильсоновской депресии ».

Пятна - области наибольшей активности на Солнце. В случае, если пятен много, то существует высокая вероятность того, что произойдет пересоединение магнитных линий - линии, проходящие внутри одной группы пятен, рекомбинируют с линиями из другой группы пятен, имеющими противоположную полярность. Видимым результатом этого процесса является солнечная вспышка . Всплеск излучения, достигая Земли, вызывает сильные возмущения её магнитного поля, нарушает работу спутников и даже оказывает влияние на расположенные на планете объекты. Из-за нарушений магнитного поля Земли увеличивается вероятность возникновения северных сияний в низких географических широтах. Ионосфера Земли также подвержена флуктуациям солнечной активности, что проявляется в изменении распространения коротких радиоволн.

Классификация

Пятна классифицируют в зависимости от срока жизни, размера, расположения.

Стадии развития

Локальное усиление магнитного поля, как было сказано выше, тормозит движение плазмы в конвекционных ячейках, тем самым замедляя вынос тепла на поверхность Солнца. Охлаждение затронутых этим процессом гранул (примерно на 1000 °C) приводит к их потемнению и формированию единичного пятна. Некоторые из них исчезают через несколько дней. Другие развиваются в биполярные группы из двух пятен, магнитные линии в которых имеют противоположную полярность. Из них могут сформироваться группы из множества пятен, которые в случае дальнейшего увеличения области полутени объединяют до сотни пятен, достигая размеров в сотни тысяч километров. После этого происходит медленное (в течение нескольких недель или месяцев) снижение активности пятен и уменьшение их размеров до маленьких двойных или одинарных точек.

Самые крупные группы пятен всегда имеют связанную группу в другом полушарии (северном или южном). Магнитные линии в таких случаях выходят из пятен в одном полушарии и входят в пятна в другом.

Размеры групп пятен

Размеры группы пятен принято характеризовать её геометрической протяжённостью, а также количеством входящих в неё пятен и их полной площадью.

В группе может насчитываться от одного до полутора сотен и более пятен. Площади групп, которые удобно измерять в миллионных долях площади солнечной полусферы (м.с.п.), варьируются от нескольких м.с.п. до нескольких тысяч м.с.п.

Максимальную площадь за весь период непрерывных наблюдений групп пятен (с 1874 по 2012 годы) имела группа № 1488603 (по Гринвичскому каталогу), появившаяся на диске Солнца 30 марта 1947 года, в максимуме 18-го 11-летнего цикла солнечной активности . К 8 апреля её полная площадь достигла 6132 м.с.п. (1,87·10 10 км², что более чем в 36 раз превышает площадь земного шара). На фазе своего максимального развития эта группа состояла из более чем 170 отдельных солнечных пятен.

Цикличность

Солнечный цикл связан с частотой появления пятен, их активностью и сроком жизни. Один цикл охватывает примерно 11 лет. В периоды минимума активности пятен на Солнце очень мало или нет вообще, в то время как в период максимума их может наблюдаться несколько сотен. В конце каждого цикла полярность солнечного магнитного поля меняется на противоположную, поэтому правильнее говорить о 22-летнем солнечном цикле.

Длительность цикла

Хотя в среднем цикл солнечной активности длится около 11 лет, бывают циклы длиной от 9 до 14 лет. Средние значения также меняются на протяжении столетий. Так, в XX веке средняя длина цикла составила 10,2 года.

Форма цикла непостоянна. Швейцарский астроном Макс Вальдмайер утверждал, что переход от минимума к максимуму солнечной активности происходит тем быстрее, чем больше максимальное количество солнечных пятен, зарегистрированное в этом цикле (т. н. «правило Вальдмайера»).

Начало и конец цикла

В прошлом началом цикла считался момент, когда солнечная активность пребывала в точке своего минимума. Благодаря современным методам измерений стало возможно определять изменение полярности солнечного магнитного поля, поэтому сейчас за начало цикла принимают момент изменения полярности пятен.

Нумерация циклов была предложена Р. Вольфом . Первый цикл, согласно этой нумерации, начался в 1749 году. В 2009 году начался 24 солнечный цикл.

• Данные последней строки - прогноз

Существует периодичность изменения максимального количества солнечных пятен с характерным периодом около 100 лет («вековой цикл»). Последние минимумы этого цикла приходились примерно на 1800-1840 и 1890-1920 годы. Есть предположение о существовании циклов ещё большей длительности.

См. также

Примечания

Ссылки

• Объединенная база данных магнитных полей солнечных пятен - включает изображения солнечных пятен периода 1957-1997 годов
• Изображения солнечных пятен обсерватории Локарно-Монти - охватывает период 1981-2011 годов
• Физика космоса. Маленькая энциклопедия М.: Советская Энциклопедия, 1986

Анимации-схемы процесса зарождения солнечных пятен

• how are sunspots formed? (Как солнечные пятна формируются?)

Солнце
Структура	Ядро · Зона лучистого переноса · Конвективная зона
Атмосфера	Фотосфера · Хромосфера · Солнечная корона
Расширенная структура	Гелиосфера (Гелиосферный токовый слой · Граница ударной волны) · Гелиосферная мантия · Гелиопауза · Головная ударная волна
Относящиеся к Солнцу феномены	Солнечное затмение · Солнечная активность (Солнечные пятна · Солнечные вспышки · Корональные выбросы массы) · Солнечная радиация (Вариации солнечного излучения) · Корональные дыры · Корональные петли · Факелы · Гранулы · Флоккулы · Протуберанцы и волокна · Спикулы · Супергрануляция · Солнечный ветер · Волна Мортона
Связанные темы	Солнечная система · Солнечное динамо · Звёздная эволюция

Возникновение

Возникновение солнечного пятна: магнитные линии проникают сквозь поверхность Солнца

Пятна возникают в результате возмущений отдельных участков магнитного поля Солнца. В начале этого процесса пучок магнитных линий «прорывается» сквозь фотосферу в область короны и тормозит конвекционное движение плазмы в грануляционных ячейках, препятствуя в этих местах переносу энергии из внутренних областей наружу. Первым в этом месте возникает факел, чуть позже и западнее – маленькая точка, называемая пора , размером несколько тысяч километров. В течение нескольких часов величина магнитной индукции растет (при начальных значениях 0,1 тесла), и размер и количество пор увеличивается. Они сливаются друг с другом и формируют одно или несколько пятен. В период наибольшей активности пятен величина магнитной индукции может достигать 0,4 тесла.

Срок существования пятен достигает нескольких месяцев, то есть отдельные пятна могут наблюдаться в течение нескольких оборотов Солнца вокруг себя. Именно этот факт (движение наблюдаемых пятен вдоль солнечного диска) послужил основой для доказательства вращения Солнца и позволил провести первые измерения периода обращения Солнца вокруг своей оси.

Пятна обычно формируются группами, однако иногда возникает одиночное пятно, живущее всего несколько дней, или два пятна, с направленными из одного в другое магнитными линиями.

Первое возникшее в такой двойной группе называется P-пятно (англ. preceding) старейшее – F-пятно (англ. following).

Только половина пятен живут больше двух дней, и всего десятая часть переживает 11-дневный порог

Группы пятен всегда вытягиваются параллельно солнечному экватору.

Свойства

Средняя температура поверхности Солнца около 6000 С (эффективная температура – 5770 К, температура излучения – 6050 К). Центральная, самая темная, область пятен имеет температуру всего около 4000 С, наружные области пятен, граничащие с нормальной поверхностью, - от 5000 до 5500 С. Несмотря на то, что температура пятен ниже, их вещество все равно излучает свет, хоть и в меньшей степени, чем остальная поверхность. Именно из-за этой разницы температур при наблюдении и возникает ощущение, что пятна темные, почти черные, хотя на самом деле они тоже светятся, однако их свечение теряется на фоне более яркого солнечного диска.

Пятна – области наибольшей активности на Солнце. В случае, если пятен много, то существует высокая вероятность того, что произойдет пересоединение магнитных линий – линии, проходящие внутри одной группы пятен, рекомбинируют с линиями из другой группы пятен, имеющими противоположную полярность. Видимым результатом этого процесса является солнечная вспышка. Всплеск излучения, достигая Земли, вызывает сильные возмущения ее магнитного поля, нарушает работу спутников и даже оказывает влияние на расположенные на планете объекты. Благодаря нарушениям магнитного поля увеличивается вероятность возникновения северных сияний в низких географических широтах. Ионосфера Земли также подвержена флуктуациям солнечной активности, что проявляется в изменении распространения коротких радиоволн.

В годы, когда пятен на солнце мало, размер Солнца уменьшается на 0,1%. Годы в промежутке между 1645 и 1715 (минимум Маундера), известны глобальным похолоданием, и называют малым ледниковым периодом.

Классификация

Пятна классифицируют в зависимости от срока жизни, размера, расположения.

Стадии развития

Локальное усиление магнитного поля, как было сказано выше, тормозит движение плазмы в конвекционных ячейках, тем самым замедляя вынос тепла на поверхность Солнца. Охлаждение затронутых этим процессом гранул (примерно на 1000 С) приводит к их потемнению и формированию единичного пятна. Некоторые из них исчезают через несколько дней. Другие развиваются в биполярные группы из двух пятен, магнитные линии в которых имеют противоположную полярность. Из них могут сформироваться группы из множества пятен, которые в случае дальнейшего увеличения области полутени объединяют до сотни пятен, достигая размеров в сотни тысяч километров. После этого происходит медленное (в течение нескольких недель или месяцев) снижение активности пятен и уменьшение их размеров до маленьких двойных или одинарных точек.

Самые крупные группы пятен всегда имеют связанную группу в другом полушарии (северном или южном). Магнитные линии в таких случаях выходят из пятен в одном полушарии и входят в пятна в другом.

Цикличность

Реконструкция солнечной активности за 11000 лет

Солнечный цикл связан с частотой появления пятен, их активностью и сроком жизни. Один цикл охватывает примерно 11 лет. В периоды минимума активности пятен на Солнце очень мало или нет вообще, в то время как в период максимума их может наблюдаться несколько сотен. В конце каждого цикла полярность солнечного магнитного поля меняется на противоположную, поэтому правильнее говорить о 22-летнем солнечном цикле.

Длительность цикла

11 лет – приблизительный промежуток времени. Хотя в среднем он длится 11,04 года, бывают циклы длиной от 9 до 14 лет. Средние значения также меняются на протяжении столетий. Так, в 20 веке средняя длина цикла составила 10,2 года. Минимум Маундера (наряду с другими минимумами активности) говорят, что возможно увеличение цикла до порядка в сотню лет. По анализам изотопа Be 10 в гренландских льдах получены данные, что за последние 10000 лет было более 20 таких долгих минимумов.

Длина цикла непостоянна. Швейцарский астроном Макс Вальдмайер утверждал, что переход от минимума к максимуму солнечной активности происходит тем быстрее, чем больше максимальное количество солнечных пятен, зарегистрированное в этом цикле.

Начало и конец цикла

Пространственно-временное распределение магнитного поля по поверхности Солнца.

В прошлом началом цикла считался момент, когда солнечная активность пребывала в точке своего минимума. Благодаря современным методам измерений стало возможно определять изменение полярности солнечного магнитного поля, поэтому сейчас за начало цикла принимают момент изменения полярности пятен.

Циклы идентифицируются по порядковому номеру, начиная с первого, отмеченного в 1749 Johann Rudolf Wolfом. Текущий цикл (апрель 2009) имеет номер 24.

В 19 веке и приблизительно до 1970 года существовала догадка, что существует периодичность изменения максимального количества солнечных пятен. Эти 80-летние циклы (с наименьшими максимумами пятен в 1800-1840 и 1890-1920 гг.) в настоящее время связывают с процессами конвекции. Другие гипотезы говорят о существовании еще больших, 400-летних циклов.

Литература

• Физика космоса. Маленькая энциклопедия, М.: Советская Энциклопедия, 1986

Солнце
Структура	Ядро · Зона лучистого переноса · Конвективная зона
Атмосфера	Фотосфера · Хромосфера · Солнечная корона
Расширенная структура	Гелиосфера (Гелиосферный токовый слой · Граница ударной волны) · Гелиосферная мантия · Гелиопауза · Головная ударная волна
Относящиеся к Солнцу феномены	Корональные дыры · Корональные петли · Корональные выбросы массы · Солнечное затмение · Солнечные пятна · Солнечный факел · Гранулы · Волны Моуртона · Протуберанец · Солнечная радиация (Солнечные вариации) · Спикулы · Супергрануляция · Солнечный ветер · Солнечная вспышка
Относящиеся темы	Солнечная система · Солнечное динамо
Спектральный класс :

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое "Пятна на Солнце" в других словарях:

См … Словарь синонимов

Как солнце на небе, на одном солнце онучи сушили, пятна в солнце, пятна на солнце.. Словарь русских синонимов и сходных по смыслу выражений. под. ред. Н. Абрамова, М.: Русские словари, 1999. солнце солнцепек, (ближайшая к нам) звезда, паргелий,… … Словарь синонимов

У этого термина существуют и другие значения, см. Солнце (значения). Солнце … Википедия

В древности Солнце обожествляли. И не только Солнце, но и вообще все небесное. Вероятно, с тех давних пор дошло до нас известное противопоставление идеально совершенного неба и грешной, несовершенной Земли. «Отличается, как небо от Земли»,— говорим мы о вещах, во всем не похожих друг на друга.

В реальном мире трудно найти более подходящий предмет для религиозного поклонения, чем Солнце. В культе Солнца люди инстинктивно выражали верную идею о зависимости всего земного от Солнца. И этот культ проник даже в древнегреческую философию — учение о «совершенстве» небес было освящено авторитетом Аристотеля и его учеников. Впрочем, в те времена солнцепоклонники встречались во всех уголках земного шара.

Вы, вероятно, догадались, к чему я завел этот разговор. Когда кто-нибудь из древних наблюдателей замечал пятна на Солнце, он не только совершал научное открытие,

но и оскорблял божество. Открытие ценилось лишь потомками, расправа за оскорбление наступала немедленно. По этим причинам открытие солнечных пятен решало принципиальный спор — совершенны ли небеса или ничто земное им не чуждо.

Трудно сказать, кто первый заметил на Солнце пятна. Их описывали древние китайские летописцы, арабские и армянские хроники, русские летописи, средневековые историки,— все они отмечают, что изредка на Солнце появляются какие-то темные образования, больше всего похожие на гвозди, как бы вбитые в Солнце. Слово «пятно» появилось позже, в XVII веке, когда впервые удалось рассмотреть солнечные пятна в телескоп.

В истории науки нередки случаи, когда открытие совершают сразу и независимо друг от друга несколько ученых. Так было и в начале XVII века, когда честь открытия солнечных пятен оспаривали трое ученых — великий итальянец Галилео Галилей, голландец Иоганн Фабрициус и немецкий профессор-иезуит Христофор Шейнер.

Увидеть солнечные пятна в телескоп — дело нехитрое. Стоит лишь, защитив глаза темным фильтром, направить телескоп на Солнце, и на его поверхности почти всегда удается заметить пятна. Древние же наблюдения солнечных пятен невооруженным глазом были или забыты, или еще неизвестны.

Первая книга о солнечных пятнах появилась в 1611 году. В ней Иоганн Фабрициус рассказывает, что еще в декабре 1610 года он однажды утром, наблюдая Солнце в телескоп, заметил на нем черное пятно, которое сначала посчитал за далекое маленькое облако. Однако через некоторое время, когда Солнце уже было высоко в небе, странное темное «облачко» осталось на прежнем месте солнечного диска. Когда же и на следующее утро Фабрициус увидел на Солнце то же самое пятно и в том же месте, всякие сомнения исчезли — пятно не было облаком, а принадлежало Солнцу!

Через несколько дней на Солнце появились новые пятка, а прежнее пятно изменило форму и заметно сдвинулось к западному краю Солнца. Еще через несколько дней оно исчезло за этим краем, но спустя две недели снова появилось на противоположном, восточном краю. Напрашивался вывод, что огромный солнечный шар медленно вращается вокруг оси, завершая полный оборот примерно за месяц.

Книга Фабрициуса уже готовилась к печати, когда в марте 1611 года Шейнер в свой телескоп впервые заметил солнечные пятна и показывал их своим ученикам. Однако, в отличие от Фабрициуса, Шейнер не торопился с публикацией. Он прекрасно понимал, что пятна на Солнце прежде всего запятнают его авторитет профессора-иезуита, пропагандиста аристотелевского учения о «неприкосновенной чистоте» небес. Лишь в декабре 1611 года Шейнер рискнул написать об открытии солнечных пятен, впрочем и здесь поступив вполне по-иезуитски. Не желая неприятностей, Шейнер заявил, что открытые им образования — это не пятна на Солнце, а неизвестные близкие к Солнцу планеты, в виде черных пятен проектирующиеся на солнечный диск.

Галилей открыл солнечные пятна, по-видимому, еще в середине 1610 года, но нигде не заявил о своем открытии. Однако в апреле 1611 года в Риме Галилей показывал солнечные пятна в свой телескоп тем, кто интересовался его астрономическими открытиями. Осторожность Галилея понятна,— все, что он увидел в небе, вооружив свои глаза телескопом, шло вразрез не только с философией Аристотеля, но и с учением церкви. В такой ситуации солнечные

пятна могли быть последней каплей, переполнявшей терпение врагов великого ученого.

И все-таки, как это ни было опасно, Галилей ввязался в спор о природе солнечных пятен. Он принял сторону Фабрициуса и убедительно доказал новыми наблюдениями, что пятна — не планеты, а какие-то образования на солнечной поверхности.

Следует все-таки помянуть добрым словом и Шейнера. Он согласился с доводами Галилея и усердно наблюдал солнечные пятна вплоть до 1627 года. Шейнер уточнил период вращения Солнца и описал свои наблюдения в объемистом фолианте, содержащем около 800 страниц!

И на Солнце есть пятна — с этой истиной в конце концов пришлось согласиться и недоверчивым ученым и правоверным церковникам. Почти два века астрономы продолжали наблюдать на Солнце пятна, не открывая при этом ничего принципиально нового. Лишь в прошлом веке неожиданно выявилось, что число пятен на Солнце колеблется по определенному закону.

Генрих Швабе, скромный немецкий аптекарь, живший в прошлом веке в Германии, был любителем астрономии. Заметим, что не во всяком деле возможно, а тем более полезно «любительство». Вы, вероятно, не рискнули бы обратиться к помощи хирурга-любителя. Но в астрономии любители играли, а отчасти играют и теперь большую роль. Астрономов-специалистов всегда было мало. Они не успевали следить за всем, что происходит на небе. Тут и приходили на помощь многочисленные любители астрономии. Они открывали новые планеты и кометы, вели регулярные наблюдения переменных звезд, регистрировали появление метеоров. Словом, почти во всех областях астрономии добросовестный наблюдатель, вооруженный пусть даже скромным оптическим инструментом, может принести пользу науке. Некоторые же из любителей астрономии, как Генрих Швабе, совершили великие открытия.

В 1826 году Швабе приобрел небольшой телескоп и занялся поисками неизвестных планет, более близких к Солнцу, чем Меркурий. Тема эта в те годы была модной, и каждому хотелось стать первооткрывателем. Очевидно, если есть неизвестные планеты, они должны временами проектироваться на солнечный диск. С первого взгляда они будут похожими на солнечные пятна, но детали строения выявят истинную природу подозрительных объектов. Вот

почему Швабе с чисто немецкой пунктуальностью на протяжении многих лет регистрировал в своих журналах все Появлявшиеся на Солнце пятна.

И тут, разыскивая одно, Швабе неожиданно открыл совсем другое. Выявилось, что примерно каждые десять лет число солнечных пятен становится наибольшим. Через пять лет после этого оно снижается до минимума: в иные дни Солнце выглядит совсем по Аристотелю — ослепительно чистым. Первое сообщение о своем открытии Швабе опубликовал в 1843 году. Однако оно стало широкоизвестным лишь восемь лет спустя, когда знаменитый естествоиспытатель Александр Гумбольдт в своей книге «Космос» оповестил весь мир о наблюдениях Швабе.

Открытие загадочного солнечного ритма заинтересовало астронома Цюрихской обсерватории Рудольфа Вольфа. Он собрал все телескопические наблюдения солнечных пятен, а также их описание в старинных хрониках. За больший промежуток времени четче выражается и ритм солнечного пульса. В 1852 году Вольф нашел, что максимальное количество пятен заполняет солнечный диск каждые 11,1 года (а не раз в 10 лет, как подсчитал Швабе). Три года спустя, став директором Цюрихской обсерватории, Вольф впервые организовал постоянные систематические наблюдения солнечных пятен — наглядного выражения так называемой солнечной активности.

Примеру Вольфа вскоре последовали и астрономы других обсерваторий. Постепенно сложилась «служба Солнца» — регулярные, никогда не прекращающиеся доныне наблюдения Солнца на множестве обсерваторий земного шара. Кроме того, Вольф обнаружил связи солнечной активности с полярными сияниями, магнитными бурями и другими явлениями на Земле. Это был один из первооткрывателей Солнца, астроном-специалист, всю свою жизнь посвятивший изучению Солнца и солнечно-земных связей. Не подумайте, что после Вольфа астрономы-любители, исследователи Солнца, уже не совершали открытий. Приведу только один пример.

В Московском планетарии много лет в должности заведующего диапозитивным фондом работал Алексей Петрович Моисеев. Впервые я его увидел в 1934 году на заседании отдела Солнца Московского астрономо-геодезического общества. Высокого роста, худощавый, скромно одетый, Моисеев не любил говорить о себе, о своих открытиях.

Долгое время я не знал, что этот уже немолодой любитель астрономии, вооруженный астрономической трубой с поперечником объектива всего 34 мм, внес большой вклад в изучение Солнца и его активности.

Моисеев открыл, что радужные кольца вокруг Солнца и Луны, так называемые галосы, связаны с солнечными пятнами. С теми же пятнами, по его исследованиям, связаны частота появления перистых облаков, частота и сила гроз.

Это был терпеливый исследователь природы, буквально каждый день наблюдавший Солнце. И так из года в год, из десятилетия в десятилетие.

Легко понять, что в один и тот же момент в большой телескоп на Солнце увидишь пятен гораздо больше, чем в маленький. Чтобы сравнить между собой столь разнородные наблюдения, их путем расчетов приводят (редуцируют) к какому-нибудь телескопу, принимаемому за стандарт. Иначе говоря, теоретически подсчитывают, что можно было бы увидеть, если заменить данный телескоп стандартным.

За рубежом «стандартным» телескопом издавна считался тот, в который когда-то наблюдал Вольф. В Советском Союзе долгое время все наблюдения солнечных пятен редуцировали к крошечному телескопу Алексея Петровича Моисеева.

Это ли не знак уважения скромного труженика науки, не имевшего официального диплома астронома, но всей своей жизнью показавшего себя настоящим ученым?

Еще интересные статьи

Черные пятна на поверхности Солнца нашими предками были замечены тысячи лет назад, но, не имея приборов, долгое время не могли разобраться, к чему они относятся либо к Солнцу, либо это тени пролетающих небесных тел. Только в 17-м веке, с помощью самодельного телескопа, Галилео Галилей установил, что пятна относятся к Солнцу и вращаются вместе с ним. После данного открытия, природа загадочных пятен еще долго оставалась неизвестной. По сути, и сегодня мы не можем подступиться к нашему светилу на близкое расстояние, чтобы подробно рассмотреть физику процессов, несмотря на то, что сотни телескопов внимательно следят за ним постоянно. Теоретики также блуждают в темноте черных пятен.

Так что же это за черные пятна на пышущей жаром поверхности Солнца?

Начнем с плазмы. Солнечная плазма – полностью ионизированный газ, Плазму называют «четвертым агрегатным состоянием вещества», но эта нумерация проставлена не верно, т.к. в масштабах Вселенной, плазма самое распространенное состояние материи. Плазменным веществом наполнены все звезды. Поэтому плазма представляет не четвертое, а первое состояние вещества в природе.

Плазма и присутствующие в ней свободные электрические заряды, создают проводящую среду для электрического тока, что обуславливает её взаимодействие с магнитными и электрическими полями.

В Википедии сказано: «В силу хорошей электрической проводимости плазмы разделение положительных и отрицательных зарядов невозможно на расстояниях больших дебаевской длины и временах больших периода плазменных колебаний» .

Вот здесь должен сказать, что при больших плотностях плазмы и мощных конвективных потоках могут возникать протяженные плазменные жгуты, иногда их называют «шнурами», «тяжами», «волокнами», «струями» «магнитными трубками», а теперь еще и «спикулами». Данные жгуты – есть настоящие проводники электрических токов. Вокруг таких жгутов образуются мощные магнитные поля, которые, в свою очередь, выстраивают новые электрические жгуты. Вот поэтому на снимках вокруг пятен мы наблюдаем эти жгуты в виде своеобразных штрихов, образующих магнитные спиральности.

Пятна визуально кажутся нам черными и холодными, на очень ярком фоне фотосферы с эффективной температурой 5778 0 К, на самом деле их температура – около 4500 0 . Средняя глубина пятен составляет 500 км.

Взаимодействие таких жгутов (проводников) друг с другом приводит к взаимному пространственному построению вокруг мнимого центра. Так образуется черное пятно. Ионизированное вещество из данного центра буквально «высасывается» в окружающие его жгуты. Что и приводит, в конечном счете, к быстрому расширению черных пятен. Поскольку конвективные потоки плазмы поднимаются из солнечных недр по радиусам, то образование проводящих электрических шнуров происходит в радиальном направлении. По мере выхода вещества в область пятна, оно тут же «разбирается», втягивается в тот или иной жгут. Поэтому излучение в центре пятна уменьшается во много раз, соответственно уменьшается и температура в данной зоне, что и приводит к его невидимости.

По сути, расширение пятна происходит за счет электромагнитного взаимодействия параллельных проводников с токами, протекающими в одном направлении. Притяжение проводников с током друг к другу и располагающихся по кругу, расширяет пространство данного кольца. На первом этапе плазменное кольцо не может разорваться за счет подпитки восходящими потоками плазмы из центральных областей Солнца. По мере его расширения электромагнитные силы в центре ослабевают, и конвективные потоки начинают прорываться в верхние слои фотосферы, вклиниваясь в плазменные жгуты, которые начинают разрушаться. Это приводит к рассасыванию пятна.

Мелкие пятна могут образовываться как восходящими, так и нисходящими потоками плазмы. В случае нисходящего потока, магнитное поле пятна будет противоположным. Такие пятна не могут существовать долго из-за давления плазмы в конвективных потоках, исходящих из недр Солнца. В то же время, пятна, образованные восходящими потоками могут достигать огромных размеров и существовать порядка месяца.

Солнечные пятна непосредственно воздействуют на климат и, как утверждал Чижевский, на общественные процессы.

Солнечные вспышки (солнечные трясения)

Но вряд ли астроном-старик
определит: "На солнце - буря".
Мы можем всласть глазеть на лик,
разинув рты и глаз не щуря.

(Владимир Высоцкий)

Что такое солнечная буря, (солнечная вспышка)? О ней пишут, о ней говорят, ее обсуждают, ее ждут. Но что это такое никто точно сказать не может.

Единственным достоверным фактом является то, что вспышки без присутствия солнечных пятен не возникают.

Во время мощной вспышки поток ультрафиолетового, рентгеновского и гамма излучения увеличивается во много тысяч раз. Радиоактивное фотонное излучение достигает Земли через восемь минут после начала вспышки. Через несколько десятков минут долетают потоки заряженных частиц, а через двое-трое суток до Земли доходят облака электронов и протонов.

Озоновый слой и вся атмосфера Земли встают на защиту от смертельных доз излучения, а геомагнитное поле – от заряженных частиц. Однако на 100% от жесткого излучения защититься не удается, поэтому угроза от солнечных вспышек существует. Вспышки могут повредить спутники, облучить космонавтов, повлиять на работу авиакомпаний и электросетей, поэтому важно их прогнозировать и понимать природу их возникновения.

«Солнечные вспышки, как правило, происходят в местах взаимодействия солнечных пятен противоположной магнитной полярности или, более точно, вблизи нейтральной линии магнитного поля, разделяющей области северной и южной полярности. Частота и мощность солнечных вспышек зависят от фазы 11-летнего солнечного цикла» .

Вспышка – это фонтан энергии, с температурой до 30 тысяч градусов. Это короткоживущий процесс, который длится около одной минуты. Эти сведения подвигают меня к мысли о солнечной молнии. Если вспышка мощная, то процесс высвечивания плазмы может продолжаться значительное время (десятки минут, иногда достигает часов). Все зависит от масштаба грандиозного явления.

Поскольку солнечные пятна – это нестабильные процессы, происходящие в фотосфере, то можно сделать предположение, что вспышка – результат нестабильных (переходных) процессов. По своей сути, солнечная вспышка – это мощнейшая молния! Что значит мощнейшая? В этот контекст я вкладываю сумму параллельно сложенных элементарных молний. Это огромный поток ионизированных частиц в едином порыве замыкается с противоположным по знаку таких же частиц, выброшенных давлением Солнца.

На самом деле все эти жгуты-проводники состоят из отдельных молний, но на общем световом фоне фотосферы мы их наблюдаем в виде оттенков более светлых тонов, пульсаций.

Магнитные линии (см. снимок ниже), по которым устремляются заряженные частицы плазмы, имеют очень малое отклонение и уходят вверх. Это говорит насколько масштабное и сильное магнитное поле солнечного пятна. На снимке видно начало зарождения вспышки на краю пятна.

В момент удара такой молнии в плазме возникает мощное давление газов, после происходит выброс коронарной плазмы и солнцетрясение.

Солнечное пятно, сфотографированное в «анфас» солнечной космической обсерваторией Hinode . Выбросы плазмы вверх по изгибающимся линиям магнитного поля.

В отличие от землетрясений, которые рождают короткие всплески волн на Земле, в недрах Солнца, благодаря солнечным молниям, создается постоянный сейсмический шум и мощные солнцетрясения. Но, поскольку солнечное вещество не твердое, а плазменное, то сейсмические волны быстро затухают.

Солнечные вспышки представляют собой уникальные по своей силе и мощности выделения тепловой, кинетической, сейсмической и световой энергии Солнца.

Муаровая зернистость поверхности Солнца

Если бы на Солнце присутствовал в достаточном количестве кислород, то на нашу Землю постоянно падали частицы пепла, как при извержениях вулканов.

В связи с этим хочу высказать еще одну оригинальную мысль, которую начну с вопроса: Что за гранулы (ячейки) мы наблюдаем с Земли в телескоп? При достаточно большом увеличении поверхность Солнца предстает перед нами в виде муаровой зернистости.

Гранулированная структура солнечной поверхности, в центре темное пятно

Н а снимке отчетливо видны ячейки, окруженные темными границами разной формы.

Что это за ячейки-гранулы и откуда они возникают?

Солнечную плазму иногда сравнивают с кипящим бульоном. Такое сравнение вполне корректно, т.к. дает наглядную модель в миниатюре – солнечную поверхность. Когда мы на кухонной плите готовим мясной бульон, то после закипания в кастрюле мы наблюдаем восходящие потоки жидкости, которые в разных направлениях разбрасывают накипь. Если сделать фотографию нашего бульона сверху, то на снимке можем получить картинку похожую на выше приведенный снимок.

С помощью опыта с мясным бульоном я подвожу читателя к ассоциативной мысли, что на границах солнечных гранул находится накипь! Солнечная накипь представляет собой продукты сгорания, в их числе пепел. Как видно из снимка, гранулы имеют более светлый оттенок в центре, а ближе к границе – более темный. Это подтверждает версию сравнения с бульоном, т.е. центральная часть зерен возвышается над периферией, перепады высот могут достигать десятки километров, при среднем диаметре гранул в 1000 км. Вот такой он солнечный, бурлящий и клокочущий бульон плазмы.

Еще более наглядно солнечную поверхность можно представить, если посмотреть сверху на тропический лес. Благодаря различной освещенности верхушек крон деревьев и периферийной части кроны, мы можем определить разницу в высотах. Поэтому, наблюдая с высоты тропические леса, невольно улавливаешь себя на мысли, что внизу не лес, а куполообразные зеленые земляные холмы.

Если продлить данную аналогию на Солнце, то можно представить, что его поверхность представляет собой огромные холмы, состоящие из плазмы ярко слепящего цвета. Данные холмы (гранулы) возникают в результате конвективных, восходящих потоков, формирующих своеобразные конвективные колонны плазмы.

На Солнце пятна и вспышки, на Солнце солнцетрясения! Пятна и вспышки можно наблюдать визуально, а трясения можно обнаружить только с помощью сейсмометров. Кто и как может установить приборы на Солнце?

Источники

1. Квазинейтральность, http://m.bankreferatov.ru/referats/.doc.html
2. Википедия, Солнечная вспышка, http://ru.wikipedia.org/wiki

Hinode – искусственный спутник Земли, предназначенный для исследования солнечной активности, магнитного поля и излучения в ультрафиолетовом и рентгеновском диапазонах. На его борту установлены оптический и рентгеновский телескопы, а также ультрафиолетовый спектрометр. Аппарат создан усилиями японских, британских и американских инженеров; был запущен в 2006-м году с японского космодрома Утиноура.

Сергей Богачев

Как устроены пятна на Солнце

На диске Солнца появилась одна из самых крупных в этом году активных областей, а значит, на Солнце снова есть пятна - притом что наша звезда вступает в период . О природе и истории обнаружения солнечных пятен, а также об их влиянии на земную атмосферу рассказывает сотрудник Лаборатории рентгеновской астрономии Солнца ФИАН, доктор физико-математических наук Сергей Богачев.

В первом десятилетии XVII века итальянский ученый Галилео Галилей и немецкий астроном и механик Кристоф Шейнер приблизительно одновременно и независимо друг от друга усовершенствовали изобретенную за несколько лет до этого подзорную трубу (или телескоп) и создали на ее основе гелиоскоп - прибор, позволяющий наблюдать Солнце, проецируя его изображение на стену. На этих изображениях ими были обнаружены детали, которые можно было бы принять за дефекты стены, если бы они не перемещались вместе с изображением - небольшие пятна, усеивающие поверхность идеального (и отчасти божественного) центрального небесного тела - Солнца. Так в историю науки вошли солнечные пятна, а в нашу жизнь - поговорка о том, что на свете нет ничего идеального: «И на Солнце есть пятна».

Солнечные пятна являются основной деталью, которую можно разглядеть на поверхности нашей звезды без применения сложной астрономической техники. Видимые размеры пятен составляю порядка одной угловой минуты (размер 10-копеечной монеты с расстояния в 30 метров), что находится на пределе разрешения человеческого глаза. Однако достаточно совсем простого оптического прибора, увеличивающего всего в несколько раз, чтобы эти объекты были обнаружены, что, собственно, и произошло в Европе в начале XVII века. Отдельные наблюдения пятен, впрочем, регулярно происходили и до этого, причем часто они делались просто глазом, но оставались незамеченными или непонятыми.

Природу пятен некоторое время пытались объяснить, не затрагивая идеальность Солнца, например, как облака в солнечной атмосфере, но довольно быстро стало понятно, что они относятся посредственно к солнечной поверхности. Природа их, тем не менее, оставалась загадкой вплоть до первой половины XX, когда на Солнце впервые были обнаружены магнитные поля и оказалось, что места их концентрации совпадают с местами формирования пятен.

Почему пятна выглядят темными? Прежде всего надо заметить, что их темнота не является абсолютной. Она, скорее, подобна темному силуэту человека, стоящего на фоне освещенного окна, то есть является лишь кажущейся на фоне очень яркого окружающего света. Если измерить «яркость» пятна, то можно обнаружить, что оно также излучает свет, но лишь на уровне 20-40 процентов от нормального света Солнца. Этого факта достаточно, чтобы без каких-либо дополнительных измерений определить температуру пятна, так как поток теплового излучения от Солнца однозначно связан с его температурой через закон Стефана-Больцмана (поток излучения пропорционален температуре излучающего тела в четвертой степени). Если положить яркость обычной поверхности Солнца с температурой около 6000 градусов Цельсия как единицу, то температура солнечных пятен должна составлять около 4000-4500 градусов. Собственно говоря, так оно и есть - солнечные пятна (а это впоследствии было подтверждено и иными методами, например спектроскопическими исследованиями излучения), являются просто участками поверхности Солнца более низкой температуры.

Связь пятен с магнитными полями объясняется влиянием магнитного поля на температуру газа. Такое влияние связано с наличием у Солнца конвективной (кипящей) зоны, которая простирается от поверхности на глубину примерно трети солнечного радиуса. Кипение солнечной плазмы непрерывно поднимает из его недр к поверхности горячую плазму и тем самым повышает температуру поверхности. В областях, где поверхность Солнца пробивают трубки сильного магнитного поля, эффективность конвекции подавляется вплоть до полной ее остановки. В результате без подпитки горячей конвективной плазмой поверхность Солнца остывает как раз до температур порядка 4000 градусов. Формируется пятно.

В наши дни пятна изучают в основном как центры активных солнечных областей, в которых концентрируются солнечные вспышки. Дело в том, что магнитное поле, «источником» которого являются пятна, приносит в атмосферу Солнца дополнительные запасы энергии, которые являются для Солнца «лишними», и оно, как и любая физическая система, стремящаяся минимизировать свою энергию, пытается от них избавиться. Эта дополнительная энергия так и называется - свободная. Для сброса лишней энергии существует два основных механизма.

Первый, когда Солнце просто выбрасывает в межпланетное пространство отягощающую его часть атмосферы вместе с лишними магнитными полями, плазмой и токами. Эти явления называют корональными выбросами массы. Соответствующие выбросы, распространяясь от Солнца, достигают порой колоссальных размеров в несколько миллионов километров и являются, в частности, главной причиной магнитных бурь - удар такого сгустка плазмы по магнитному полю Земли выводит его из равновесия, заставляет колебаться, а также усиливает электрические токи, текущие в магнитосфере Земли, что и составляет суть магнитной бури.

Второй способ - это солнечные вспышки. В этом случае свободная энергия сжигается непосредственно в солнечной атмосфере, однако последствия этого тоже могут доходить до Земли - в виде потоков жесткого излучения и заряженных частиц. Такое воздействие, являющееся по своей природе радиационным, является одной из главных причин выхода из строя космических аппаратов, а также полярных сияний.

Не стоит, впрочем, обнаружив на Солнце пятно, сразу готовиться к солнечным вспышкам и магнитным бурям. Довольно частой является ситуация, когда появление на диске Солнца пятен, даже рекордно крупных, не приводит даже к минимальному повышению уровня солнечной активности. Почему так происходит? Связано это с природой высвобождения магнитной энергии на Солнце. Такая энергия не может высвободиться из одного магнитного потока, точно так же как лежащий на столе магнит, как бы его ни трясли, не создаст никакой солнечной вспышки. Таких потоков должно быть, как минимум, два, и они должны иметь возможность для взаимодействия друг с другом.

Поскольку одна магнитная трубка, пробивающая поверхность Солнца в двух местах, создает два пятна, то все группы пятен, в которых пятен всего два или одно, создавать вспышки не способны. Эти группы образованы одним потоком, которому не с чем взаимодействовать. Такая пара пятен может быть гигантской и существовать на диске Солнца месяцами, пугая Землю своими размерами, но не создаст ни одной, даже минимальной, вспышки. Подобные группы имеют классификацию и называются типом Альфа, если пятно одно, или Бета, если их два.

Сложное солнечное пятно типа Бета-Гамма-Дельта. Сверху - пятно в видимом диапазоне, внизу - магнитные поля, показанные с помощью прибора HMI на борту космической обсерватории SDO

Если вы обнаружили сообщение о появлении на Солнце нового пятна, не поленитесь и посмотрите тип группы. Если это Альфа или Бета, то можете не беспокоиться - ни вспышек, ни магнитных бурь Солнце в ближайшие дни не произведет. Более сложным классом является Гамма. Это группы пятен, в которых существует несколько пятен северной и южной полярности. В такой области существует как минимум два взаимодействующих магнитных потока. Соответственно, такая область будет терять магнитную энергию и подпитывать солнечную активность. И, наконец, последний класс - Бета-Гамма. Это максимально сложные области, с предельно запутанным магнитным полем. Если такая группа появилась в каталоге, можно не сомневаться - распутывать эту систему Солнце будет не менее нескольких дней, сжигая энергию в виде вспышек, в том числе крупных, и выбрасывая плазму, пока не упростит данную систему до простой конфигурации Альфа или Бета.

Впрочем, несмотря на «устрашающую» связь пятен со вспышками и магнитными бурями, не следует забывать, что это одно из наиболее замечательных астрономических явлений, которое можно наблюдать с поверхности Земли в любительские инструменты. Наконец, солнечные пятна, это очень красивый объект - достаточно посмотреть на их снимки, полученные с высоким разрешением. Тем же, кто даже после этого не способен забыть о негативных аспектах этого явления, можно утешиться тем, что число пятен на Солнце все-таки относительно мало (не более 1 процента поверхности диска, а чаще гораздо меньше).

Ряд типов звезд, как минимум красные карлики, «страдают» в куда большей степени - пятнами в них может быть покрыто до десятков процентов площади. Можно вообразить, какие имеют гипотетические обитатели соответствующих планетных систем, и еще раз порадоваться, рядом с какой относительно спокойной звездой нам посчастливилось жить.