Солнечный ветер, солнечные пятна, солнечные вспышки

Солнце - ближайшая к нам звезда. Наша Земля, как известно, не более чем пылинка, порхающая вокруг светильника. Поэтому все происходящее на Солнце имеет к нам, землянам, самое непосредственное отношение. И прежде всего нас касается все, что связано с солнечным светом. Ведь он - важнейшее условие возникновения, развития и постоянного существования жизни на Земле, источник энергии синтеза всех органических веществ (фотосинтеза), превращающейся затем и в энергию мышечного движения, и в биение человеческой мысли, в улыбку девушки, и в открытие ученого. Всего одна двухмиллиардная часть солнечного излучения достигает Земли. Значительный процент этих лучей к тому же рассеивается, излучаясь обратно в мировое пространство, поглощается атмосферой. И все же оставшегося количества солнечного тепла достаточно, чтобы согреть Землю, превратить ее в уютную колыбель человечества.

Какое же гигантское количество энергии выбрасывает ежесекундно в безмолвные пространства космоса Солнце? По подсчетам ученых, оно составляет 3,7 · 10²⁶ джоулей в секунду; этой энергии достаточно, чтобы растопить и довести до кипения слой льда вокруг Земли толщиной более 1000 км. Ни один из известных науке источников энергии, кроме процесса термоядерного синтеза тяжелых ядер из более легких, не в состоянии обеспечить постоянную выработку столь значительных количеств энергии.

Солнце, как, впрочем, и другие звезды, и представляет собой гигантский термоядерный реактор, в недрах которого ядра водорода, сливаясь, образуют ядра гелия, а последние в свою очередь - ядра углерода. Запасов топлива у нашего светила, по расчетам астрономов, вполне достаточно, чтобы обеспечить стабильное свечение еще не менее чем 5 - 6 млрд. лет. Ежесекундно в топке солнечного реактора сгорает 5 млн. т вещества. Чтобы Солнце уменьшилось вдвое, при этих темпах понадобилось бы 6 тыс. млрд. лет.

Если температура поверхности Солнца близка к 6 тыс. градусов, то в глубинах его она достигает 20 - 100 млн. градусов. Лучистая энергия, постоянно образующаяся в недрах Солнца, не может непосредственно пробиться наружу. Постоянно поглощаясь и вновь излучаясь веществом Солнца, сжатым гигантским гравитационным давлением, эта энергия достигает, наконец, такого сравнительно разреженного слоя солнечной материи, который уже не поглощает полностью идущий из глубин лучистый поток, хотя сам еще светится достаточно ярко. Этот-то слой, называемый фотосферой, и образует блестящую поверхность Солнца, четкие контуры солнечного диска.

Солнце излучает не только видимый глазом свет, но и более высокоэнергичные кванты ультрафиолетовых, рентгеновских и гамма-лучей, обладающие гораздо более сильным фотохимическим и биологическим действием. Эти лучи поглощаются атмосферой, а при космических полетах оболочка корабля также надежно от них защищает.

Иначе обстоит дело с корпускулярным излучением Солнца, с потоками частиц солнечного вещества. Наблюдения солнечной поверхности, ведущиеся постоянно, обнаруживают неспокойный, буйный характер нашего звездного соседа. Его видимая поверхность - фотосфера - находится в непрерывном движении, постоянно бурлит. В разных участках солнечного диска над ним возвышаются более или менее яркие волокна (флокгулы), язычки (спикулы) и еще более крупные выступы - протуберанцы, выступающие на многие тысячи километров над фотосферой, достигающие следующих слоев - хромосферы и солнечной короны. Все это местные извержения солнечного вещества, источники выброса его в окружающее пространство. Часть выброшенного вещества падает затем обратно на Солнце под влиянием притяжения. Потоки же вещества, достигшие скорости, превышающей 619 км/сек (вторая космическая скорость у поверхности Солнца), двигаются по радиусам во все стороны от Солнца, последовательно пересекая орбиты планет Солнечной системы.

Поскольку такие выбросы в больших или меньших размерах происходят на Солнце постоянно, создается постоянный поток вещества, главным образом протонов, от Солнца к Земле и далее в мировое пространство. Этот поток, названный "солнечным ветром", несет со скоростями 300 - 4000 км/сек к Земле около 10¹⁴ - 10¹⁵ г/сек протонов. Благодаря солнечному ветру концентрация вещества в межпланетном пространстве в сотни раз выше, чем за пределами Солнечной системы. Часть протонов солнечного ветра захватывается гравитационным полем Земли и входит в состав так называемых гравитационных поясов. Но о них - в следующем разделе.

Таким образом, верхние слои земной атмосферы подвергаются постоянной бомбардировке. Порывы солнечного ветра пополняют атмосферу легколетучим водородом, вызывают ее ионизацию. Земной поверхности протоны солнечного ветра не достигают; их энергия слишком мала для этого.

Однако время от времени солнечную поверхность потрясают бури, куда более грандиозные, чем самые большие из выбросов протуберанцев.

Возникновение таких катастроф странным образом связано с другими необычными явлениями, наблюдающимися на поверхности Солнца, - с пятнами. На ярком солнечном диске они кажутся темными, потому что их температура на 1100 - 1200° С ниже температуры фотосферы. Дно пятна лежит ниже поверхности фотосферы на 1000 - 1400 км. В области пятна более холоднее вещество поднимается из глубин и растекается по поверхности, медленно вращаясь. Направление этого вихревого движения в северном полушарии Солнца - по часовой стрелке, в южном - против.

Самое интересное свойство солнечных пятен состоит в том, что они представляют собой как бы полюса гигантских магнитов, расположенных по радиусам Солнца и скрытых в его глубинах. Напряженность их колоссальных магнитных полей (2 - 5 тыс. гаусс) в тысячи раз выше напряженности общего магнитного поля Солнца. И пятна, и сопутствующие им мощные магнитные поля - проявления гигантских термоядерных процессов, происходящих в недрах нашего светила.

Появление пятен на Солнце подчиняется строгой закономерности. Периоды максимума пятен повторяются каждые 11 лет. В эти периоды наблюдаются и особенно крупные пятна - до 100-230 тыс. км в поперечнике. Пятна диаметром более 40 тыс. км уже видны невооруженным глазом. Между максимумами солнечной активности пятен мало или нет совсем. Максимумы характеризуются не только большим количеством особенно крупных пятен; время от времени в тех местах солнечной поверхности, где конфигурация пятен особенно причудлива, а перепады магнитных полей особенно велики, происходят вспышки. Это - гигантские взрывы, продолжающиеся 15-30 секунд или несколько более. Яркость вспышки в максимуме может превышать яркость фотосферы в несколько раз; солнечный диск на ее фоне кажется темным. Температура солнечной материи в месте вспышки достигает 10 - 15 тыс. градусов и излучает она в несколько раз больше световой энергии, чем равный по площади участок фотосферы. Наиболее коротковолновое гамма-, рентгеновское и ультрафиолетовое излучение возрастает особенно сильно.

Наиболее серьезный результат солнечной, или хромосферной, вспышки - выброс в мировое пространство со скоростью 1 - 4 и более тыс. км в сек. масс солнечного вещества, быстро летящих частиц, главным образом протонов с энергией 100 млн. электрон-вольт и более, до 10 млрд. эв, а также электронов.

Рис. 21. Динамика солнечной активности (сплошная линия) и кривая заболеваемости дифтерией (штриховая линия). Вертикальная линия - момент начала профилактических прививок против дифтерии

Магнитные возмущения и бури, яркие полярные сияния, нарушения радиосвязи, радиошумы и помехи - вот наиболее частые спутники хромосферных протонных ливней, достигающих атмосферы Земли. Отличие этих потоков от обычного солнечного ветра не только количественное: протоны солнечных вспышек несут несравненно большую энергию, обладают большей проникающей способностью и вызывают при взаимодействии с веществом более значительные разрушения. Наиболее мощные и высокоэнергичные хромосферные потоки способны вызвать в атмосфере серьезные, хотя и непродолжительные, сдвиги, отражающиеся и на земной поверхности, и на биосфере (рис. 21).