Возвращаясь к гелиосейсмологии, заметим, что потенциал этого мощного и остроумного метода еще не исчерпан. Повышение чувствительности измерений, а также улучшение технологий обработки данных позволят в будущем уточнять известные и получать новые данные о состоянии недр Солнца.
Лекция восьмая
Солнце: вспышки, пятна и проборы
Освещен розоватым жаром
танцевального зала круг:
места много летящим парам
для кружащихся ног и рук.
Балерины в цветном убранстве
развевают вуалей и газ,
это танец протуберанцев —
C’est la dance protuberances!
Пляшет никель, железо, кальций,
с ускорением в тыщу раз.
– Schneller tanzen, Protuberanzen! —
Все планеты глядят на вас.
Белым пленникам некуда деться,
пляшет солнце на их костях.
Это огненный пляс индейцев
В перьях спектра вокруг костра.
Это с факелом, это с лентой,
и с гитарою для канцон
и спиральный, и турбулентный
в хромосфере встает танцор.
Из-под гранул оркестр как бацнет!
Взрыв за взрывом, за свистом свист:
– These is protuberances dancing! —
Длинноногих танцоров твист.
– Questo danza dei protuberanze! —
Это пляшут под звездный хор
арлекины и оборванцы
с трио газовых Терпсихор.
И затмения диск – с короной
в грамофонном антракте дня,
где летим в пустоту с наклона —
мы с тобой – два клочка огня!
Семен Кирсанов
В начале этой лекции в качестве эпиграфа целиком поставлено замечательное стихотворение Семена Иосифовича Кирсанова. Поэт создал яркий образ одного из ярчайших проявлений так называемой солнечной активности – пляшущих протуберанцев. Протуберанцы – одно (но не единственное) из проявлений удивительного и сложного феномена, который называется солнечная активность.
Что такое солнечная активность? Вопрос нетривиальный. Опыт показывает, что очень мало кто знает, что это такое. Наиболее широко распространено мнение, что солнечная активность – это характеристика общего потока энергии, излучаемого Солнцем. Неоднократно приходилось слышать (и даже читать в газетах!) утверждения типа «Что-то солнечная активность сегодня высокая, поэтому жарко, и загорать опасно…» Сегодня, наверное, каждый слышал, что эта таинственная солнечная активность меняется со временем (бывает повышенной и пониженной). В результате возникает образ Солнца, напоминающего газовую плиту: кто-то подкручивает вентиль – и пламя то увеличивается, то уменьшается.
Все это неверно. В предыдущих лекциях обсуждался вопрос о солнечной постоянной. Повторимся: Солнце излучает энергию довольно стабильно, колебания солнечной постоянной (количества энергии светила, падающего за единицу времени на перпендикулярную лучам Солнца единичную площадку на орбите Земли) не превышают долей процента. Если вспомнить, что Земля движется по слабо вытянутому эллипсу, мы должны понимать, что за счет этого эффекта общий поток солнечной энергии, падающей на Землю, меняется гораздо более существенно – в пределах 7 %! Больше всего солнечной энергии приходит к нам в январе (мы ближе всего к Солнцу), но в северном полушарии в это время зима. Можно только предположить, что эллиптичность орбиты нашей планеты приводит к некоторому потеплению зимы в северном полушарии и лета в полушарии южном. Но система атмосферной (воздушных масс) и океанской (морских течений) циркуляции, а также асимметрия суши Земли по полушариям (основная площадь континентов расположена к северу от экватора) порождает сложные процессы перераспределения тепла по поверхности планеты. В итоге упомянутый эффект оказывается не очень ощутимым. Что же тогда говорить о колебаниях общего потока энергии Солнца, амплитуда которых почти в десять раз меньше!
Все, что описано выше в этой книге, происходит на Солнце всегда. Миллиардами лет бушуют термоядерные реакции в ядре светила. Миллионами лет выделившаяся энергия просачивается наружу, сквозь гигантскую толщу раскаленной плазмы. В наружных слоях нашей звезды вещество всплывает к поверхности, а затем, остывая, погружается обратно в недра, участвуя в постоянном конвективном круговороте. Конвекция резко прекращается на видимой поверхности светила, выше которой простирается многослойная прозрачная атмосфера, постепенно сходящая на нет на огромных расстояниях от Солнца.
Эдвард Гибсон (род. 1936), известный американский гелиофизик и астронавт, проводивший наблюдения Солнца на борту орбитальной станции Skylab, назвал свою книгу о светиле «Спокойное Солнце». Его книга посвящена тому, что происходит на Солнце везде и всегда. Эти процессы непросты, но, с другой стороны, не столь уж сложны для понимания и описания. Именно это, видимо, имел в виду английский астрофизик сэр Артур Эддингтон (1882–1944), однажды заявивший, что нет ничего более простого, чем звезда. Самая простая модель невращающейся звезды с математической точки зрения одномерна: все параметры меняются только вдоль радиуса, а в поперечных направлениях (на каждом концентрическом шаровом слое) все и всегда абсолютно одинаково.
В который раз природа показала, что все оказывается гораздо сложнее, чем можно было себе вообразить. То, что одномерные модели нельзя абсолютизировать, стало подспудно ясно уже 400 лет назад, когда было открыто вращение Солнца. Точки на разных широтах оказались неодинаковыми, поскольку вращаются с разными скоростями. И на поверхности, и в недрах (в конвективной зоне) можно выделить слои, которые проворачиваются друг относительно друга. Нетрудно догадаться, что этот феномен должен порождать какие-то новые процессы и явления в недрах и на поверхности Солнца.
Одно из наиболее важных явлений на Солнце – его магнетизм. Еще из курса средней школы мы должны помнить, что направленное движение заряженных частиц есть электрический ток, а ток всегда порождает магнитное поле. Если вспомнить, что Солнце состоит из плазмы, то есть заряженных частиц, и что в недрах происходят движения, становится ясно, что магнитные поля в соответствии с законами природы должны там появляться обязательно.
Законы природы исключений не допускают: Солнце оказалось магнитной звездой. Если движения потоков плазмы за счет вращения Солнца происходят на звезде в разных местах по-разному, то разными в разных местах должны быть и магнитные поля. Сочетание двух эффектов – дифференциального вращения Солнца и генерации магнитных полей в его недрах – приводит к новому сложнейшему феномену, имя которому – солнечная активность.
Оказалось (ниже мы еще вернемся к этому вопросу), что явления и процессы солнечной активности принципиально непостоянны: они возникают, исчезают, сменяют друг друга, повторяются по определенному закону. На фоне постоянного, сравнительно стабильного существования «спокойного» Солнца на светиле возникают бурные, относительно кратковременные проявления солнечной активности. Можно определить солнечную активность как все то, что меняется со временем на Солнце, как нестационарные процессы и явления, протекающие на фоне явлений и процессов спокойного Солнца.
