Процессы происходящие на Солнце

Солнце — звезда, вокруг которой вращаются планеты Солнечной системы. Каждую секунду светило сжигает 500 млн тонн водорода и излучает такое огромное количество энергии, что мы ощущаем его тепло, хотя нас разделяют почти 150 млн км.

Диаметр Солнца составляет 1,4 млн км и более чем в сто раз превышает диаметр Земли. Сила гравитации притягивает к Солнцу и удерживает на орбитах тела, удаленные от него на сотни миллиардов километров. Как и все звезды, Солнце представляет собой огромный термоядерный реактор, постоянно сжигающий колоссальные объемы водорода – самого простого из химических элементов, существующих во Вселенной. Основным источником энергии Солнца служит термоядерная реакция слияния ядер водорода и их превращения в ядра гелия.

Живая звезда

Солнце живет по тем же правилам, что и все остальные звезды. В каждой звезде устанавливается равновесие между силами гравитации, сжимающими вещество звезды в направлении ее центра, и силами термоядерной реакции, в ходе которой ядра атомов сливаются и высвобождается энергия, способствующая, напротив, расширению звезды. Термоядерные реакции происходят вследствие гравитации, но противодействуют ей. Пока между ними сохраняется равновесие, продолжается жизнь звезды. Благодаря такому равновесию Солнце светит уже 4,6 млрд лет. Имеющиеся в нем запасы водорода должны позволить светилу излучать энергию еще как минимум в течение такого же срока.

Пламенное ядро

Температура и давление в солнечном ядре невероятно велики: 15 млн градусов Цельсия и 340 млрд (по оценкам НАСА, 200 млрд) атмосфер. В этой печи и происходят термоядерные реакции, дающие Солнцу его энергию. Каждую секунду 500 млн тонн водорода превращаются в гелий, при этом почти 4 млн тонн вещества переходят в энергию. Высвобождающаяся энергия устремляется из ядра наружу и попадает сначала в окружающую ядро зону лучистого переноса энергии, а оттуда в конвективную зону, в которой происходит бурная циркуляция вещества, передающая энергию следующему слою — фотосфере.

Мощное магнитное поле

Фотосфера, расположенная над конвективной зоной, представляет собой слой толщиной около 200 км, состоящий из довольно прозрачного вещества, сквозь которое могут проходить возникающие здесь световые лучи. Средняя температура фотосферы около 6400 °С. Вся поверхность фотосферы светится неравномерно. Исследователи установили, что она представляет собой мозаику из ярких областей (гранул) размером около 1-2 тыс. км – это места, где мы видим возмущения, непрерывно происходящие в конвективной зоне.

Иногда в фотосфере возникают темные участки – так называемые солнечные пятна размером от нескольких тысяч до десятков тысяч километров в поперечнике. Температура в этих зонах на 2000-3000°С ниже, чем в окружающих областях. Здесь действуют магнитные поля, в десятки тысяч раз более сильные, чем магнитное поле Земли. Магнитные поля замедляют поток тепла из недр Солнца, и температура на этих участках снижается. Солнечные пятна, как правило, существуют несколько недель, а самые крупные могут сохраняться месяцы. Вокруг солнечных пятен нередко можно наблюдать факелы – облака ярко светящегося газа. Изучение солнечных пятен позволило лучше понять циклы солнечной активности. Следя за положением пятен и их перемещениями, астрономы оценили период вращения Солнца вокруг оси, проходящей через его полюса, – он составляет около 30 земных дней. Строго говоря, период вращения различается на разных широтах – он короче на солнечном экваторе и длиннее у полюсов. Так, сидерический период – относительно неподвижных звезд – составляет примерно 25 дней на экваторе и достигает 30 дней вблизи полюсов, а поскольку Земля движется вокруг Солнца в ту же сторону, то для земного наблюдателя период вращения Солнца равен 27 дням на экваторе и 32 дням у полюсов.

Солнечная корона

Во время полного солнечного затмения можно наблюдать окружающее солнечный диск розовое кольцо, толщина которого составляет примерно 10 тыс. км. Это хромосфера. Над ее поверхностью время от времени поднимаются огромные светящиеся струи – протуберанцы. Эти выбросы газа, напоминающие по форме петли, фонтаны, кусты, арки, завитки, обычно связаны с солнечными пятнами. Их форма определяется магнитным полем Солнца. Они могут выбрасываться со скоростью почти 1000 км/с и подниматься над поверхностью хромосферы на высоту до 500 тыс. км.

Солнечная корона из сильно разреженного вещества, окружающая хромосферу, простирается более чем на 10 солнечных радиусов. Она пронизана струями раскаленного газа, ее температура чрезвычайно велика. На больших расстояниях из короны во всех направлениях исходят непрерывные мощные потоки заряженных частиц – так называемый солнечный ветер.

В окрестностях Земли его средняя скорость составляет около 400 км/с. Взаимодействуя с газами земной атмосферы, солнечный ветер заставляет их атомы светиться, вызывая полярное сияние, похожее на огромные развевающиеся в небе разноцветные знамена.

Смена настроения

Магнитное поле Солнца оказывает постоянное влияние на фотосферу, хромосферу и солнечную корону, однако в разное время действует неодинаково. Периодические изменения, связанные с колебаниями магнитного поля Солнца, называются солнечной активностью. Цикл солнечной активности длится примерно 11 лет. Ее проявления включают солнечные пятна, факелы, протуберанцы, а также вспышки – внезапный взрывной выброс энергии магнитных полей, связанный с возникновением солнечных пятен. Вспышки длятся всего несколько минут, но вызывают магнитные бури на Земле.

В периоды увеличения солнечной активности возрастает количество пятен (от практически полного их отсутствия до приблизительно 100). Когда цикл завершается, число солнечных пятен снова уменьшается. Потом цикл повторяется. Во время пика солнечной активности и вспышек полярное сияние усиливается и становится особенно ярким, а протуберанцы иногда можно наблюдать даже с поверхности Земли.

Природа и причины циклов солнечной активности – одна из великих загадок. Астрономы подробно описали это явление, но ни одна из предложенных моделей пока не в состоянии предсказывать возникновение солнечных пятен, исходя из физических принципов.

Это напоминает наше бессилие в области предсказания землетрясений. Между тем разобраться в солнечных циклах было бы очень полезно, потому что проявления солнечной активности сказываются на жизни Земли, возможно даже определяя некоторые изменения климата. Наша крошечная планета во многом зависит от капризов Солнца.