Объяснение этого необычного явления распадается на две части. Во-первых, дело состоит в том, что в отличие от Земли, магнитное поле которой имеет простую двухполюсную структуру, магнитное поле самого Солнца — гораздо более сложное по составу. В дополнение к двум «стандартным» магнитным полюсам в северной и южной части Солнца оно имеет еще четыре дополнительных магнитных полюса в районе своего экватора.
Во-вторых, при этом, в отличие от Земли, которая является твердым телом и чье вращение вокруг собственной оси происходит совершенно равномерно, Солнце, будучи газообразным образованием, вращается также неравномерно. Если полюса Солнца совершают полный оборот за 37 дней, то его экваториальная часть вращается значительно быстрее — она совершает полный оборот всего за 26 дней.
В силу этой разницы в скоростях вращения, а также в силу наличия не двух, а большего числа магнитных полюсов вблизи от поверхности Солнца создаются многочисленные области локального магнитного напряжения. Эти области проникают в глубь газообразной структуры Солнца. В результате эти локальные магнитные поля периодически выходят на поверхность нашего светила в форме петли и образуются солнечные пятна. Пятно имеет более темный цвет по сравнению с остальной поверхностью Солнца и становится в силу этого видимым благодаря тому, что его температура более чем на тысячу градусов ниже, чем у остальной поверхности Солнца: температура солнечных пятен достигает 4000 °C в то время как стандартная температура солнечной поверхности равняется обычно 6000 °C.
Из района солнечных пятен, являющихся наиболее активными областями Солнца, извергаются гигантские протуберанцы, размерами превосходящие Землю примерно в 5 раз и сопоставимые с двумя третями диаметра самой большой планеты Солнечной системы — Юпитера. Эти вспышки порождают так называемые солнечные бури — гигантские выбросы энергии, которые доходят вплоть до орбит Юпитера и Сатурна.
Илл. 50. Магнитное поле Солнца
Илл. 51. Образование солнечных пятен
Солнечные пятна образуются попарно из-за действия линий магнитного напряжения, проходящих в районе поверхности Солнца. Температура раскаленного газа в районе пятен ниже, чем на остальной поверхности Солнца, поэтому они выглядят более темными по сравнению с остальной солнечной поверхностью
В связи с тем, что образование солнечных пятен непосредственно связано с действием магнитного поля Солнца и с линиями магнитного напряжения, проходящими в районе его поверхности, солнечные пятна обязательно появляются «парами»: в северной и в южной области соответствующих линий солнечного магнетизма.
До определенного периода в развитии человечества на образование солнечных пятен на поверхности Солнца смотрели как на своего рода физический курьез, имеющий к Земле лишь весьма отдаленное отношение. Однако с изобретением радио и чувствительных инструментов, позволявших измерять уровни колебания магнитного поля и электромагнитного излучения, люди убедились в том, что солнечная активность, проявляемая в основном в виде появления пятен на поверхности Солнца, непосредственно воздействует на магнитное поле самой Земли, а значит — и на ее погоду.
Солнечные пятна, возникающие на поверхности Солнца, приводят к образованию солнечных вспышек и так называемых солнечных бурь — гигантских выбросов заряженных частиц, которые спустя несколько дней после вспышки на Солнце достигают Земли.
Благодаря магнитному полю Земли часть этих частиц отражается обратно в космическое пространство, траектория их движения изменяется и они в конечном счете рассеиваются в пространствах нашей Галактики. Часть же достигает нижних пределов земной магнитосферы и порождает в районе полюсов яркие красочные вспышки, известные как северное и южное сияние.
До определенного момента все эти явления не имели особого значения для жизнедеятельности людей. Однако когда начали осуществляться высотные полеты авиации в северных и южных широтах, когда человечество вышло в космическое пространство, а на земную орбиту оказались выведенными сотни искусственных спутников Земли, выяснилось, что масштабные выбросы солнечной энергии и заряженных частиц со стороны Солнца могут оказывать весьма значительное негативное воздействие как на здоровье людей (например, на экипажи и пассажиров высотных авиалайнеров), так и на функционирование различной электронной аппаратуры, которая должна работать в верхних слоях атмосферы либо в космосе (самолеты, спутники, метеозонды, радиоаппаратура).
Помимо этого, выяснилось, что потоки заряженных частиц, достигающих Земли со стороны Солнца, способны существенно изменять основные характеристики магнитного поля самой Земли. А это, в свою очередь, способно оказать негативное воздействие на радиопередающую аппаратуру, на системы связи и системы электроснабжения. Подобные явления имели место, например, в 1989 году. Тогда после масштабной солнечной вспышки к Земле устремилась массовая «волна» протонов. В результате магнитное поле нашей планеты сместилось на 8° буквально за несколько часов. Из-за этого возникли перегрузки в телефонных и радиосетях, в кабельных линиях связи, в линиях электропередач. На территории Канады многие электрические трансформаторы оказались перегруженными и в результате от электроснабжения пришлось на определенное время отключить целые районы. После этой чрезвычайной ситуации выяснилось, что подобные происшествия могут периодически случаться и в будущем. И ученым, и инженерам, занимающимся проблемами электроснабжения, пришлось признать, что Солнце способно оказывать весьма существенное воздействие на многие аспекты нашей повседневной жизни и экономики.
Крупным шагом вперед в деле изучения солнечной активности и особенностей функционирования нашего светила стал запуск в 1995 году в космос особой обсерватории «SOHO». Эта космическая обсерватория специально предназначена для изучения разнообразных процессов, происходящих на поверхности Солнца и в гелиосфере. Двигаясь по особой, наиболее целесообразной с точки зрения получения научных данных орбите между самим Солнцем и Землей, космическая обсерватория «SOHO» производит непрерывную съемку и сканирование солнечной поверхности. С ее помощью оказалось возможным в режиме реального времени непрерывно наблюдать за процессом образования солнечных пятен и за изменениями в магнитных полях Солнца.
При помощи обсерватории «SOHO» подтвердилась давнишняя гипотеза ученых о том, что полярность магнитных полюсов Солнца, расположенных на его северном и южном полюсах, меняется каждые 11,1 лет. Именно эта цикличная смена полярности солнечных полюсов является основной причиной, вызывающей периодическое ускорение разрастания солнечных пятен каждые 11,1 лет и последующее замедление этого процесса до обычного уровня. Однако смена полярности солнечных полюсов — это отнюдь не единственный фактор, приводящий к цикличному всплеску солнечной активности.
