раскалённый плазменный шар; Солнце - ближайшая к Земле звезда. Масса

Солнца 1,990х10я530 я0кг (в 332958 раз больше массы Земли). В Солнце сосре-

доточено 99,866% массы Солнечной системы. Солнечный параллакс равен

8,794" (4,263х10я5-5 я0радиан). Расстояние от Земли до Солнца меняется от

1,4710х10я511 я0м (в январе) до 1,5210х10я511 я0(в июле), составляя в среднем

1,4960х10я511 я0м. Это расстояние принято считать одной астрономической еди-

ницей. Средний угловой диаметр Солнца составляет 1919,26" (9,305х10я5-3

рад), чему соответствует линейный диаметр Солнца, равный 1,392х10я59я0м (в

109 раз больше диаметра экватора Земли). Средняя плотность Солнца

1,41х10я53я0кг/мя53я0. Ускорение свободного падения на поверхности Солнца

составляет 273,98 м/секя52я0. Вторая космическая скорость на поверхности

Солнца равна 6,18х10я55 я0м/сек. Эффективная температура поверхности Солнца,

определяемая согласно закону излучения Стефана-Больцмана, по полному из-

лучению Солнца равна 5770 К.

История телескопических наблюдений Солнца начинается с наблюдений,

выполненных Г.Галлилеем в 1611 году; были открыты солнечные пятна, опре-

делён период вращения Солнца вокруг своей оси. В 1843 году немецкий аст-

роном Г.Швабе обнаружил цикличность солнечной активности. Развитие мето-

дов спектрального анализа позволило изучить физические условия на Солн-

це. В 1814 году Й.Фраунгофер обнаружил тёмные линии поглащения в спектре

Солнца - это положило начало изучению химического состава Солнца. С 1836

года регулярно ведутся наблюдения затмений Солнца, что привело к обнару-

жению короны и хромосферы Солнца, а также солнечный протуберанцев. В

1913 году американский астроном Дж.Хейл наблюдал зеемановское расщепле-

ние фраунгоферовых линий спектра солнечных пятен и этим доказал сущест-

вование на Солнце магнитных полей. К 1942 году шведский астроном Б.Эдлен

и другие отождествили несколько линий спектра солнечной короны с линиями

высокоионизированных элементов, доказав этим высокую температуру в сол-

нечной короне. В 1931 году Б.Лио изобрёл солнечный коронограф, позволив-

ший наблюдать корону и хромосферу вне затмений. В начале 40-х годов XX

века было открыто радиоизлучение Солнца. Существенным толчком для разви-

тия физики Солнца во второй половине XX века послужило развитие магнит-

ной гидродинамики и физики плазмы. После начала космической эры изучение

ультрафиалетового и рентгеновского излучения Солнца ведётся методами

внеатмосферной астрономии с помощью ракет, автоматических орбитальных

обсерваторий на спутниках Земли, космических лабораторий с людьми на

борту.

Вращение Солнца вокруг оси происходит в том же направлении, что и

вращение Земли, в плоскости, наклонённой на 7ш15' к плоскости орбиты

- 2 -

Земли (эклиптике). Скорость вращения определяется по видимому движению

различных деталей в атмосфере Солнца и по сдвигу спектральных линий в

спектре края диска Солнца вследствие эффекта Доплера. Таким образом было

обнаружено, что период вращения Солнца неодинаков на разных широтах. По-

ложение различных деталей на поверхности Солнца определяется с помощью

гелиографических координат, отсчитываемых от солнечного экватора (гели-

ографическая широта) и от центрального меридиана видимого диска Солнца

или от некоторого меридиана, выбранного в качестве начального (так назы-

ваемого меридиана Каррингтона). При этом считают, что Солнце вращается

как твёрдое тело. Один оборот относительно Земли точки с гелиографи-

ческой широтой 17ш совершают за 27,275 суток (синодический период). Вре-

мя оборота на той же широте Солнца относительно звёзд (сидерический пе-

риод) - 25,38 суток. Угловая скорость вращения я7f я0для сидерического вра-

щения изменяется с гелиографической широтой я7w я0по закону:я7wя0=14,33ш-3шsinя52я7f

в сутки. Линейная скорость вращения на экваторе Солнца-около 2000 м/сек.

Солнце как звезда является типичным жёлтым карликом и располагается

в средней части главной последовательности звёзд на диаграмме Герцшпрун-

га-Рессела.Видимая фотовизуальная звёздная величина Солнца равна -26,74,

абсолютная визуальная звёздная величина Mя4v я0равна +4,83. Показатель цвета

Солнца составляет для случая синей (В) и визуальной (М) областей спектра

Mя4Bя0-Mя4Vя0=0,65. Спектральный класс Солнца G2V. Скорость движения относитель-

но совокупности ближайших звёзд 19,7х10я53 я0м/сек. Солнце расположено внут-

ри одной из спиральных ветвей нашей Галактики на расстоянии около 10 кпс

от её центра. Период обращения Солнца вокруг центра Галактики около 200

миллионов лет. Возраст Солнца - около 5х10я59я0 лет.

Внутреннее строение Солнца определено в предположении, что оно яв-

ляется сферически симметричным телом и находится в равновесии. Уравнение

переноса энергии, закон сохранения энергии, уравнение состояния идеаль-

ного газа, закон Стефана-Больцмана и условия гидростатического, лучисто-

го и конвекционного равновесия вместе с определяемыми из наблюдений зна-

чениями полной светимости, полной массы и радиуса Солнца и данным о его

химическом составе дают возможность построить модель внутреннего строе-

ния Солнца. Полагают, что содержание водорода в Солнце по массе около

70%, гелия около 27%, содержание всех остальных элементов около 2,5%. На

основании этих предположений вычислено, что температура в центре Солнца

составляет 10-15х10я56я0К, плотность около 1,5х10я55 я0кг/мя53я0, давление 3,4х10я516

н/мя52 я0(около 3х10я511 я0атмосфер).Считается, что источником энергии, пополня-

ющим потери на излучение и поддерживающим высокую температуру Солнца,

являются ядерные реакции, происходящие в недрах Солнца. Среднее коли-

чество энергии, вырабатываемое внутри Солнца, составляет 1,92 эрг/г/сек.

- 3 -

Выделение энергии определяется ядерными реакциями, при которых водород

превращается в гелий. На Солнце возможны две группы термоядерных реак-

ций: так называемый протон - протонный (водородный) цикл и углеродный

цикл (цикл Бете). Наиболее вероятно, что на Солнце преобладает протон-

протонный цикл, состоящий из трёх реакций, в первой из которых из ядер

водорода образуются ядра дейтерия (тяжёлый изотоп водорода, атомная

масса 2); во второй из ядер водорода образуются ядра изотопа гелия с

атомной массой 3 и, наконец, в третьей из них образуются ядра устойчиво-

го изотопа гелия с атомной массой 4.

Перенос энергии из внутренних слоёв Солнца в основном происходит

путём поглощения электромагнитного излучения, приходящего снизу, и

последующего переизлучения. В результате понижения температуры при уда-

лении от Солнца постепенно увеличивается длина волны излучения, пере-

носящего большую часть энергии в верхние слои. Перенос энергии движением

горячего вещества из внутренних слоёв, а охлаждённого внутрь (конвекция)

играет существенную роль в сравнительно более высоких слоях, образующих

конвективную зону Солнца, которая начинается на глубине порядка 0,2 сол-

нечных радиуса и имеет толщину около 10я58 я0м. Скорость конвективных движе-

ний растёт с удалением от центра Солнца и во внешней части конвективной

зоны достигает (2-2,5)х10я53 я0м/сек. В ещё более высоких слоях (в атмосфере

Солнца) перенос энергии опять осуществляется излучением. В верхних слоях

атмосферы Солнца (в хромосфере и короне) часть энергии доставляется ме-

ханическими и магнитогидродинамическими волнами, которые генерируются в

конвективной зоне, но поглощаются только в этих слоях. Плотность в верх-

ней атмосфере очень мала, и необходимый отвод энергии за счёт излучения

и теплопроводности возможен только, если кинетическая энергия этих слоёв

достаточно велика. Наконец, в верхней части солнечной короны большую

часть энергии уносят потоки вещества, движущиеся от Солнца, так называе-

мый солнечный ветер. Температура в каждом слое устанавливается на таком

уровне, что автоматически осуществляется баланс энергии: количество при-

носимой энергии за счёт поглощения всех видов излучения, теплопровод-

ностью или движением вещества равно сумме всех энергетических потерь

слоя.

Полное излучение Солнца определяется по освещённости, создаваемой

им на поверхности Земли, - около 100 тыс. лк, когда Солнце находится в

зените. Вне атмосферы на среднем расстоянии Земли от Солнца освещённость

равна 127 тыс. лк. Сила света Солнца составляет 2,84х10я527 я0свечей. Коли-

чество энергии, приходящее в одну минуту на площадку в 1 смя52я0, поставлен-

ную перпендикулярно солнечным лучам за пределами атмосферы на среднем

расстоянии Земли от Солнца, называют солнечной постоянной. Мощность общ-

- 4 -

его излучения Солнца - 3,83х10я526 я0ватт, из которых на Землю попадает око-

ло 2х10я517 я0ватт, средняя яркость поверхности Солнца (при наблюдении вне

атмосферы Земли) составляет 1,98х10я59 я0нт, яркость центра диска Солнца -

2,48х10я59 я0нт. Яркость диска Солнца уменьшается от центра к краю, причём

это уменьшение зависит от длины волны, так что яркость на краю диска

Солнца для света с длиной волна 3600А составляет 0,2 яркости его центра,

а для 5000А - около 0,3 яркости центра диска Солнца. На самом краю диска

Солнца яркость падает в 100 раз на протяжении менее одной секунды дуги,

поэтому граница диска Солнца выглядит очень резкой.

Спектральный состав света, излучаемого Солнцем, то есть распределе-

ние энергии в центре Солнца (после учёта влияния поглощения в земной ат-

мосфере и влияния фраунгоферовых линий), в общих чертах соответствует

распределению энергии в излучении абсолютно чёрного тела с температурой

около 6000 К. Однако в отдельных участках спектра имеются заметные отк-

лонения. Максимум энергии в спектре Солнца соответствует длине волны

4600 А. Спектр Солнца - это непрерывный спектр, ни который наложено бо-

лее 20 тысяч линий поглощения (фраунгоферовых линий). Более 60% из них

отождествлено со спектральными линиями известных химических элементов

путём сравнения длин волн и относительной интенсивности линии поглощения

в солнечном спектре с лабораторными спектрами. Изучение фраунгоферовых

линий даёт сведения не только о химическом составе атмосферы Солнца, но

и о физических условиях в тех слоях, в которых образуются те или иные

поглощения. Преобладающим элементом на Солнце является водород. Коли-

чество атомов гелия в 4-5 раз меньше, чем водорода. Число атомов всех

других элементов вместе взятых, по крайней мере, в 1000 раз меньше числа

атомов водорода. Среди них наиболее обильны кислород, углерод, азот,

магний, железо и другие. В спектре Солнца можно отождествить также ли-

нии, принадлежащие некоторым молекулам и свободным радикалам: OH, NH,

CH, CO и другим.

Магнитные поля на Солнце измеряются главным образом по зеемановско-

му расщеплению линий поглощения в спектре Солнца. Различают несколько

типов магнитных полей на Солнце. Общее магнитное поле Солнца невелико и

достигает напряжённости в 1 э той или иной полярности и меняется со вре-

менем. Это поле тесно связано с межпланетным магнитным полем и его сек-

торной структурой. Магнитные поля, связанные с солнечной активностью,

могут достигать в солнечных пятнах напряжённости в несколько тысяч э.

Структура магнитных полей в активных областях очень запутана, чередуются

магнитные полюсы различной полярности. Встречаются также локальные маг-

нитные области с напряжённостью поля в сотни э вне солнечных пятен. Маг-

нитные поля проникают и в хромосферу, и в солнечную корону. Большую роль

- 5 -

на Солнце играют магнитогазодинамические и плазменные процессы. При тем-

пературе 5000 - 10000 К газ достаточно ионизирован, проводимость его ве-

лика и благодаря огромным масштабам солнечных явлений значение электро-

механических и магнитомеханических взаимодействий весьма велико.

Атмосферу Солнца образуют внешние, доступные наблюдениям слои. Поч-

ти всё излучение Солнца исходит из нижней части его атмосферы, называе-

мой фотосферой. На основании уравнений лучистого переноса энергии, лу-

чистого и локального термодинамического равновесия и наблюдаемого потока

излучения можно теоретически построить модель распределения температуры

и плотности с глубиной в фотосфере. Толщина фотосферы около трёхсот ки-

лометров, её средняя плотность 3х10я5-4 я0кг/мя53я0. Температура в фотосфере

падает по мере перехода к более внешним слоям, среднее её значение по-

рядка 6000 К, на границе фотосферы около 4200 К. Давление меняется от

2х10я54 я0до 10я52 я0н/мя52я0. Существование конвекции в подфотосферной зоне Солнца

проявляется в неравномерной яркости фотосферы, видимой её зернистости -

так называемой грануляционной структуре. Гранулы представляют собой яр-

кие пятнышки более или менее круглой формы. Размер гранул 150 - 1000 км,

время жизни 5 - 10 минут, отдельные гранулы удаётся наблюдать в течении

20 минут. Иногда гранулы образуют скопления размером до 30 тысяч кило-

метров. Гранулы ярче межгранульных промежутков на 20-30%, что соот-

ветствует разнице в температуре в среднем на 300 К. В отличие от других

образований, на поверхности Солнца грануляция одинакова на всех гелио-

графических широтах и не зависит от солнечной активности. Скорости хао-

тических движений (турбулентные скорости) в фотосфере составляют по раз-

личным определениям 1-3 км/сек. В фотосфере обнаружены квазипериоди-

ческие колебательные движения в радиальном направлении. Они происходят

на площадках размерами 2-3 тысячи километров с периодом около пяти минут

и амплитудой скорости порядка 500 м/сек. После нескольких периодов коле-

бания в данном месте затухают, затем могут возникнуть снова. Наблюдения

показали также существование ячеек, в которых движение происходит в го-

ризонтальном направлении от центра ячейки к её границам. Скорости таких

движений около 500 м/сек. Размеры ячеек - супергранул составляют 30-40

тысяч километров. По положению супергранулы совпадают с ячейками хро-

мосферной сетки. На границах супергранул магнитное поле усилено. Предпо-

лагают, что супергранулы отражают на глубине нескольких тысяч километров

под поверхностью конвективных ячеек такого же размера. Первоначально

предполагалось, что фотосфера даёт только непрерывное излучение, а линии

поглощения образуются в расположенном над ней обращающем слое. Позже бы-

ло установлено, что в фотосфере образуются и спектральные линии, и неп-

рерывный спектр. Однако для упрощения математических выкладок при

- 6 -

рассчёте спектральных линий понятие обращающего слоя иногда применяется.

Часто в фотосфере наблюдаются солнечные пятна и факелы. Солнечный

пятна - это тёмные образования, состоящие, как правило, из более тёмного

ядра (тени) и окружающей его полутени. Диаметры пятен достигают двухсот

тысяч километров. Иногда пятно бывает окружено светлой каёмкой. Совсем

маленькие пятна называют порами. Время жизни пятен от нескольких часов

до нескольких месяцев. В спектре пятен ещё больше линий и полос поглоще-

ния, чем в спектре фотосферы, он напоминает спектр звезды спектрального

класса КО. Смещения линий в спектре пятен из-за эффекта Доплера указыва-

ет на движение вещества в пятнах - вытекание на более низких уровнях и

втекание на более высоких, скорости движения достигают 3 тысячи м/сек.

Из сравнений интенсивности линий и непрерывного спектра пятен и фотосфе-

ры следует, что пятна холоднее фотосферы на 1-2 тысячи градусов (4500 К

и ниже). Вследствие этого на фоне фотосферы пятна кажутся тёмными, яр-

кость ядра составляет 0,2-0,5 яркости фотосферы, яркость полутени около

80% фотосферной. Все солнечные пятна обладают сильным магнитным полем,

достигающим для крупных пятен напряжённости 5 тысяч эстердов. Обычно

пятна образуют группы, которые по своему магнитному полю могут быть уни-

полярными, биполярными и мультиполярными, то есть содержащими много пя-

тен различной полярности, часто объединённых общей полутенью. Группы пя-

тен всегда окружены факелами и флоккулами, протуберанцами, вблизи них

иногда происходят солнечные вспышки, и в солнечной короне над ними наб-

людаются образования в виде лучей шлемов, опахал - всё это вместе обра-

зует активную область на Солнце. Среднегодовое число наблюдаемых пятен и

активных областей, а также средняя площадь, занимаемая ими, меняется с

периодом около 11 лет. Это - средняя величина, продолжительность же от-

дельных циклов солнечной активности колеблется от 7,5 до 16 лет. Наи-

большее число пятен, одновременно видимых на поверхности Солнца, меня-

ется для различных циклов более чем в два раза. В основном пятна встре-

чаются в так называемых королевских зонах, простирающихся от 5 до 30ш

гелиографической широты по обе сторона солнечного экватора. В начале

цикла солнечной активности широта места расположения пятен выше, а в

конце цикла - ниже, а на более высоких широтах появляются пятна нового

цикла. Чаще наблюдаются биполярные группы пятен, состоящие из двух круп-

ных пятен - головного и последующего, имеющих противоположную магнитную

полярность, и несколько более мелких. Головные пятна имеют одну и ту же

полярность в течение всего цикла солнечной активности, эти полярности

противоположны в северной и южной полусферах Солнца. По-видимому, пятна

представляют собой углубления в фотосфере, а плотность вещества в них

меньше плотности вещества в фотосфере на том же уровне.

- 7 -

В активных областях Солнца наблюдаются факелы - яркие фотосферные

образования, видимые в белом свете преимущественно вблизи края диска

Солнца. Обычно факелы появляются раньше пятен и существуют некоторое

время после их исчезновения. Площадь факельных полщадок в несколько раз

превышает площадь соответствующей группы пятен. Количество факелов на

диске Солнца зависит от фазы цикла солнечной активности. Максимальный

контраст (18%) факелы имеют вблизи края диска Солнца, но не на самом

краю. В центре диска Солнца факелы практически не видны, контраст их

очень мал. Факелы имеют сложную волокнистую структуру, контраст их за-

висит от длины волны, на которой проводятся наблюдения. Температура фа-

келов на несколько сот градусов превышает температуру фотосферы, общее

излучение с одного квадратного сантиметра превышает фотосферное на 3-5%.

По-видимому, факелы несколько возвышаются над фотосферой. Средняя про-

должительность их существования - 15 суток, но может достигать почти

трёх месяцев.

Выше фотосферы расположен слой атмосферы Солнца, называемый хро-

мосферой. Без специальных телескопов хромосфера видна только во время

полных солнечных затмений как розовое кольцо, окружающее тёмный диск в

те минуты, когда Луна полностью закрывает фотосферу. Тогда можно наблю-

дать и спектр хромосферы. На краю диска Солнца хромосфера представляется

наблюдателю как неровная полоска, из которой выступают отдельные зубчи-

ки - хромосферные спикулы. Диаметр спикул 200-2000 километров, высота

порядка 10000 километров, скорость подъёма плазмы в спикулах до 30

км/сек. Одновременно на Солнце существует до 250 тысяч спикул. При наб-

людении в монохроматическом свете на диске Солнца видна яркая хромосфер-

ная сетка, состоящая из отдельных узелков - мелких диаметром до 1000 км

и крупных диаметром от 2000 до 8000 км. Крупные узелки представляют со-

бой скопления мелких. Размеры ячеек сетки 30-40 тысяч километров. Пола-

гают, что спикулы образуются на границах ячеек хромосферной сетки. Плот-

ность в хромосфере падает с увеличением расстояния от центра Солнца.

Число атомов в одном куб. сантиметре изменяется от 10я515 я0вблизи фотосферы

до 10я59 я0в верхней части хромосферы. Исследование спектров хромосферы при-

вело к выводу, что в слое, где происходит переход от фотосферы к хро-

мосфере, температура переходит через минимум и по мере увеличения высоты

над основанием хромосферы становится равной 8-10 тысяч Кельвинов, а на

высоте в несколько тысяч километров достигает 15-20 тысяч Кельвинов.

Установлено, что в хромосфере имеет место хаотическое движение газовых

масс со скоростями до 15х10я53 я0м/сек. В хромосфере факелы в активных об-

ластях видны как светлые образования, называемые обычно флоккулами. В

красной линии спектра водорода хорошо видны тёмные образования, называе-

- 8 -

мые волокнами. На краю диска Солнца волокна выступают за диск и наблюда-

ются на фоне неба как яркие протуберанцы. Наиболее часто волокна и про-

туберанцы встречаются в четырёх расположенных симметрично относительно

солнечного экватора зонах: полярных зонах севернее +40ш и южнее -40ш ге-

лиографической широты и низкоширотных зонах около ы30ш в начале цикла

солнечной активности и ы17ш в конце цикла. Волокна и протуберанцы низко-

широтных зон показывают хорошо выраженный 11-летний цикл, их максимум

совпадает с максимумом пятен. У высокоширотных протуберанцев зависимость

от фаз цикла солнечной активности выражена меньше, максимум наступает

через два года после максимума пятен. Волокна, являющиеся спокойными

протуберанцами, могут достигать длины солнечного радиуса и существовать

в течении нескольких оборотов Солнца. Средняя высота протуберанцев над

поверхностью Солнца составляет 30-50 тысяч километров, средняя длина -

200 тысяч километров, ширина - 5 тысяч километров. Согласно исследовани-

ям А.Б.Северного, все протуберанцы по характеру движения можно разбить

на 3 группы: электромагнитные, в которых движения происходят по упорядо-

ченным искривлённым траекториям - силовым линиям магнитного поля; хаоти-

ческие, в которых преобладают неупорядоченные турбулентные движения

(скорости порядка 10 км/сек); эруптивные, в которых вещество первона-

чального спокойного протуберанца с хаотическими движениями внезапно выб-

расывается с возрастающей скоростью (достигающей 700 км/сек) прочь от

Солнца. Температура в протуберанцах (волокнах) 5-10 тысяч Кельвинов,

плотность близка к средней плотности хромосферы. Волокна, представляющие

собой активные, быстро меняющиеся протуберанцы, обычно сильно изменяются

за несколько часов или даже минут. Форма и характер движений в протубе-

ранцах тесно связаны с магнитным полем в хромосфере и солнечной короне.

Солнечная корона - самая внешняя и наиболее разрежённая часть сол-

нечной атмосферы, простирающаяся на несколько (более 10) солнечных ради-

усов. До 1931 года корону можно было наблюдать только во время полных

солнечных затмений в виде серебристо-жемчужного сияния вокруг закрытого

Луной диска Солнца. В короне хорошо выделяются детали её структуры: шле-

мы, опахала, корональные лучи и полярные щёточки. После изобретения ко-

ронографа солнечную корону стали наблюдать и вне затмений. Общая форма

короны меняется с фазой цикла солнечной активности: в годы минимума ко-

рона сильно вытянута вдоль экватора, в годы максимума она почти сферич-

на. В белом свете поверхностная яркость солнечной короны в миллион раз

меньше яркости центра диска Солнца. Свечение её образуется в основном в

результате рассеяния фотосферного излучения свободными электронами.

Практически все атомы в короне ионизированы. Концентрация ионов и сво-

бодных электронов у основания короны составляет 10я59 я0частиц в 1 смя53я0. Наг-

- 9 -

рев короны осуществляется аналогично нагреву хромосферы. Наибольшее вы-

деление энергии происходит в нижней части короны, но благодаря высокой

теплопроводности корона почти изотермична - температура понижается нару-

жу очень медленно. Отток энергии в короне происходит несколькими путями.

В нижней части короны основную роль играет перенос энергии вниз благода-

ря теплопроводности. К потере энергии приводит уход из короны наиболее

быстрых частиц. Во внешних частях короны большую часть энергии уносит

солнечный ветер - поток коронального газа, скорость которого растёт с

удалением от Солнца от нескольких км/сек у его поверхности до 450 км/сек

на расстоянии Земли. Температура в короне превышает 10я56 я0К. В активных

слоях короны температура выше - до 10я57 я0К. Над активными областями могут

образовываться так называемые корональные конденсации, в которых кон-

центрация частиц возрастает в десятки раз. Часть излучения внутри короны

- это линии излучения многократно ионизированных атомов железа, кальция,

магния, углерода, кислорода, серы и других химических элементов. Они

наблюдаются и в видимой части спектра и в ультрафиалетовой области. В

солнечной короне генерируется радиоизлучение Солнца в метровом диапазоне

и рентгеновское излучение, усиливающееся во много раз в активных об-

ластях. Как показали рассчёты, солнечная корона не находится в равно-

весии с межпланетной средой. Из короны в межпланетное пространство расп-

ространяются потоки частиц, образующие солнечный ветер. Между хромосфе-

рой и короной имеется сравнительно тонкий переходной слой, в котором

происходит резкий рост температуры до значений, характерных для короны.

Условия в нём определяются потоком энергии из короны в результате теп-

лопроводности. Переходный слой является источником большей части ультра-

фиалетового излучения Солнца. Хромосфера, переходной слой и корона дают

всё наблюдаемое радиоизлучение Солнца. В активных областях структура

хромосферы, короны и переходного слоя меняется. Это изменение, однако,

ещё недостаточно изучено.

В активных областях хромосферы наблюдаются внезапные и сравнительно

кратковременные увеличения яркости, видимые сразу во многих спектральных

линиях. Эти яркие образования существуют от нескольких минут до несколь-

ких часов. Они называются солнечными вспышками (прежнее название - хро-

мосферные вспышки). Вспышки лучше всего видны в свете водородной линии,

но наиболее яркие видны иногда и в белом свете. В спектре солнечной

вспышки насчитывается несколько сотен эмиссионных линий различных эле-

ментов, нейтральных и ионизированных. Температура тех слоёв солнечной

атмосферы, которые дают свечение в хромосферных линиях (1-2)х10я54 я0К, в

более высоких слоях - до 10я57 я0К. Плотность частиц во вспышке достигает

10я513я0-10я514 я0в одном кубическом сантиметре. Площадь солнечных вспышек может

- 10 -

достигать 10я515 я0мя52я0. Обычно солнечные вспышки происходят вблизи быстро

развивающихся групп солнечных пятен с магнитным полем сложной конфигура-

ции. Они сопровождаются активизацией волокон и флоккулов, а также выб-

росами вещества. При вспышке выделяется большое количество энергии (до

10я521я0-10я525 я0джоулей). Предполагается, что энергия солнечной вспышки перво-

начально запасается в магнитном поле, а затем быстро высвобождается, что

приводит к локальному нагреву и ускорению протонов и электронов, вызыва-

ющих дальнейший разогрев газа, его свечение в различных участках спектра

электромагнитного излучения, образование ударной волны. Солнечные вспыш-

ки дают значительное увеличение ультрафиалетового излучения Солнца, соп-

ровождаются всплесками рентгеновского излучения (иногда весьма мощными),

всплесками радиоизлучения, выбросом карпускул высоких энергий вплоть до

10я510 я0эв. Иногда наблюдаются всплески рентгеновского излучения и без уси-

ления свечения в хромосфере. Некоторые вспышки (они называются протонны-

ми) сопровождаются особенно сильными потоками энергичных частиц - косми-

ческими лучами солнечного происхождения. Протонные вспышки создают

опасность для находящихся в полёте космонавтов, так как энергичные

частицы, сталкиваясь с атомами оболочки корабля порождают рентгеновское

и гамма-излучение, причём иногда в опасных дозах.

Уровень солнечной активности (число активных областей и солнечных

пятен, количество и мощность солнечных вспышек и т.д.) изменяется с пе-

риодом около 11 лет. Существуют также слабые колебания величины максиму-

мов 11-летнего цикла с периодом около 90 лет. На Земле 11-летний цикл

прослеживается на целом ряде явлений органической и неорганической при-

роды (возмущения магнитного поля, полярные сияния, возмущения ионосферы,

изменение скорости роста деревьев с периодом около 11 лет, установленным

по чередованиям толщины годовых колец, и т.д.). На земные процессы ока-

зывают также воздействие отдельные активные области на Солнце и происхо-

дящие в них кратковременные, но иногда очень мощные вспышки. Время су-

ществования отдельной магнитной области на Солнце может достигать одного

года. Вызываемые этой областью возмущения в магнитосфере и верхней ат-

мосфере Земли повторяются через 27 суток (с наблюдаемым с Земли периодом

вращения Солнца). Наиболее мощные проявления солнечной активности - сол-

нечный (хромосферные) вспышки происходят нерегулярно (чаще вблизи перио-

дов максимальной активности), длительность их составляет 5-40 минут,

редко несколько часов. Энергия хромосферной вспышки может достигать 10я525

джоулей, из выделяющейся при вспышке энергии лишь 1-10% приходится на

электромагнитное излучение в оптическом диапазоне. По сравнению с полным

излучением Солнца в оптическом диапазоне энергия вспышки не велика, но

коротковолновое излучение вспышки и генерируемые при вспышек электроны,

- 11 -

а иногда солнечные космические лучи могут дать заметный вклад в рентге-

новское и карпускулярное излучение Солнца. В периоды повышения солнечной

активности его рентгеновское излучение увеличивается в диапазоне 30-10

нм в два раза, в диапазоне 10-1 нм в 3-5 раз, в диапазоне 1-0,2 нм более

чем в сто раз. По мере уменьшения длины волны излучения вклад активных

областей в полное излучение Солнца увеличивается, и в последнем из ука-

занных диапазонов практически всё излучение обусловлено активными об-

ластями. Жёсткое рентгеновское излучение с длиной волны меньше 0,2 нм

появляется в спектре Солнца всего лишь на короткое время после вспышек.

В ультрафиалетовом диапазоне (длина волны 180-350 нм) излучение

Солнца за 11-летний цикл меняется всего на 1-10%, а в диапазоне 290-2400

нм остаётся практически постоянным и составляет 3,6х10я526я0 ватт.

Постоянство энергии, получаемой Землёй от Солнца, обеспечивает ста-

ционарность теплового баланса Земли. Солнечная активность существенно не

сказывается не энергетике Земли как планеты, но отдельные компоненты из-

лучения хромосферных вспышек могут оказывать значительное влияние на

многие физические, биофизические и биохимические процессы на Земле.

Активные области являются мощным источником корпускулярного излуче-

ния. Частицы с энергиями около 1 кэв (в основном протоны), распространя-

ющиеся вдоль силовых линий межпланетного магнитного поля из активных об-

ластей усиливают солнечный ветер. Эти усиления (порывы) солнечного ветра

повторяются через 27 дней и называются рекуррентными. Аналогичные пото-

ки, но ещё большей энергии и плотности, возникают при вспышках. Они вы-

зывают так называемые спорадические возмущения солнечного ветра и дости-

гают Земли за интервалы времени от 8 часов до двух суток. Протоны высо-

кой энергии (от 100 Мэв до 1 Гэв) от очень сильных "протонных" вспышек и

электроны с энергией 10-500 кэв, входящие в состав солнечных космических

лучей, приходят к Земле через десятки минут после вспышек; несколько

позже приходят те из них, которые попали в "ловушки" межпланетного маг-

нитного поля и двигались вместе с солнечным ветром. Коротковолновое из-

лучение и солнечные космические лучи (в высоких широтах) ионизируют зем-

ную атмосферу, что приводит к колебаниям её прозрачности в ультрафиоле-

товом и инфракрасном диапазонах, а также к изменениям условий распрост-

ранения коротких радиоволн (в ряде случаев наблюдаются нарушения корот-

коволновой радиосвязи).

Усиление солнечного ветра, вызванное вспышкой, приводит к сжатию

магнитосферы Земли с солнечной стороны, усилению токов на её внешней

границе, частичному проникновению частиц солнечного ветра в глубь магни-

тосферы, пополнению частицами высоких энергий радиационных поясов Земли

и т.д. Эти процессы сопровождаются колебаниями напряжённости геомагнит-

- 12 -

ного поля (магнитной бурей), полярными сияниями и другими геофизическими

явлениями, отражающими общее возмущение магнитного поля Земли. Воз-

действие активных процессов на Солнце (солнечных бурь) на геофизические

явления осуществляется как коротковолновой радиацией, так и через

посредство магнитного поля Земли. По-видимому эти факторы являются глав-

ными и для физико-химических и биологических процессов. Проследить всю

цепь связей, приводящих к 11-летней периодичности многих процессов на

Земле пока не удаётся, но накопленный обширный фактический материал не

оставляет сомнений в существовании таких связей. Так, была установлена

корреляция между 11-летним циклом солнечной активности и землетрясения-

ми, урожаями сельхозкультур, числом сердечно-сосудистых заболеваний и

т.д. Эти данные указывают на постоянное действие солнечно-земных связей.

Наблюдения Солнца ведутся с помощью рефракторов небольшого или

среднего размера и больших зеркальных телескопов, у которых большая

часть оптики неподвижна, а солнечные лучи направляются внутрь горизон-

тальной или башенной установки телескопа при помощи одного или двух дви-

жущихся зеркал. Создан специальный тип солнечного телескопа - внезатмен-

ный коронограф. Внутри коронографа осуществляется затемнение Солнца спе-

циальным непрозрачным экраном. В коронографе во много раз уменьшается

количество рассеяного света, поэтому можно наблюдать вне затмения самые

внешние слои атмосферы Солнца. Солнечные телескопы часто снабжаются уз-

кополосными светофильтрами, позволяющими вести наблюдения в свете одной

спектральной линии. Созданы также нейтральные светофильтры с переменной

прозрачностью по радиусу, позволяющие наблюдать солнечную корону на

расстоянии нескольких радиусов Солнца. Обычно крупные солнечные телеско-

пы снабжаются мощными спектрографами с фотографической или фотоэлектри-

ческой фиксацией спектров. Спектрограф может иметь также магнитограф -

прибор для исследования зеемановского расщепления и поляризации спект-

ральных линий и определения величины и направления магнитного поля на

Солнце. Необходимость устранить замывающее действие земной атмосферы, а

также исследования излучения Солнца в ультрафиалетовой, инфракрасной и

некоторых других областях спектра,которые поглощаются в атмосфере Земли,

привели к созданию орбитальных обсерваторий за пределами атмосферы, поз-

воляющих получать спектры Солнца и отдельных образований на его поверх-

ности вне земной атмосферы.