Солнце

Солнце

дополнительно в Википедии Солнце дополнительно Энциклопедия Солнца. Тесис.

СОЛНЦЕ, центральное тело Солнечной системы, раскаленный плазменный шар, типичная звезда-карлик спектрального класса G2V («жёлтый карлик») с возрастом приблизительно 4,57 миллиарда лет. В нашей Галактике Млечный Путь насчитывается свыше 100 миллионов звёзд класса G2, тогда как 85 % звёзд нашей Галактики — это звёзды, менее яркие, чем Солнце (в большинстве своём, это красные карлики, находящиеся в конце своего цикла эволюции). Как и все звёзды главной последовательности, Солнце вырабатывает энергию путём термоядерного синтеза гелия из водорода. Солнце принадлежит к первому типу звёздного населения.
Солнце расположено в плоскости Галактики и удалено от ее центра на 8 кпк (26000 св.лет) и от плоскости Галактики примерно на 48 св.лет. В области Галактики, где расположено наше Солнце, звездная плотность составляет 0,12 звезд на пк³. Первый, кто заметил и объяснил движение Солнца в пространстве, был Вильям Гершель. Солнце (и Солнечная система) движется со скоростью 20 км/с в направлении к границе созвездий Лиры и Геркулеса. Это объясняется местным движением внутри ближайших звезд. Эта точка называется апексом движения Солнца, ее координаты α ≈ 17^h38^m, δ ≈ +30°. Движения ближайших к Солнцу звезд происходят с небольшой скоростью, это не мешает им участвовать в обращении вокруг галактического центра. Солнечная система участвует во вращении вокруг центра Галактики со скоростью 217 км/с, таким образом оно проходит один световой год за 1400 лет, а одну астрономическую единицу за 8 суток. Период обращения Солнца вокруг галактического центра в среднем составляет 213 млн. лет. Это движение происходит в направлении созвездия Лебедя. В настоящее время Солнце находится во внутреннем крае Рукава Ориона нашей Галактики, между Рукавом Персея и рукавом Стрельца, в так называемом «Местном межзвёздном облаке» — области повышенной плотности, расположенной, в свою очередь, в имеющем меньшую плотность «Местном пузыре» — зоне рассеянного высокотемпературного межзвёздного газа. Из звёзд, принадлежащих 50 самым близким звёздным системам в пределах 17 световых лет, известным в настоящее время, Солнце является четвёртой по яркости звездой.

    В Солнце сосредоточено 99,866% массы Солнечной системы. Вращение Солнца вокруг оси, происходит в том же направлении, что и Земли (с запада на восток), ось вращения образует угол 82°45' с плоскостью орбиты Земли (эклиптикой). Один оборот относительно Земли совершается за 27,275 сут (синодический период обращения), относительно неподвижных звезд — за 25,38 сут (сидерический период обращения). Период вращения (синодический) изменяется от 27 сут на экваторе до 32 сут у полюсов. Химический состав, определенный из анализа солнечного спектра: водород — ок. 90%, гелий — 10%, остальные элементы — менее 0,1% (по числу атомов). Подобно всем звездам, оно представляет собой шар горячего газа, а источником энергии является ядерный синтез, происходящий в его недрах. Земля, находящаяся на расстоянии 149,6 млн. км от Солнца, получает около 2^.10¹⁷ Вт солнечной лучистой энергии. Солнце — основной источник энергии для всех процессов, совершающихся на земном шаре. Вся биосфера, жизнь существуют только за счет солнечной энергии. На многие земные процессы влияет корпускулярное излучение Солнца.
    Точные измерения показывают, что диаметр Солнца в 1391980км не постоянная величина. Первые предположения о колебательном движении Солнца было высказано немецкими астрономами Л. Бирманом и М. Шварцшильдом в 1946 – 1948 годах, а первыми, кто обнаружил колебания на Солнце, были Р. Лейтон Р. Нойс и Дж. Саймон. В 60-х годах они сделали это по периодическим доплеровским смещениям спектральных линий. Амплитуда колебаний от 100 – 200 м/сек до 1 – 2 км/сек в хромосфере. Вдоль поверхности Солнца длинна волны 103 - 104 км, период 5 минут. Спустя примерно пятнадцать лет было установлено, что спектр пятиминутных колебаний состоит из отдельных полос. Исследуя спектры разных участков солнечного диска, получают картину распределения скоростей; конечно же, со временем она меняется - волны бегут. Периоды этих волн лежат в диапазоне примерно от 3 до 10 мин. Когда же они впервые были открыты, найденное значение периода составило примерно 5 мин. С тех пор все эти колебания называют "пятиминутными". Это позволило установить, что пятиминутные колебания – есть резонансные колебания верхних слоев конвективной зоны Солнца. В солнечных пятнах колебания период колебаний составляет 2 – 3 минуты. Это так же резонансные колебания, а резонатором является хромосферные колебания над пятнами. Все перечисленные резонансные колебания в солнечной атмосфере могут возбуждаться волновыми силами из конвективной зоны. В тех случаях, когда единый волновой процесс охватывает все Солнце, говорят о пульсации Солнца как звезды. Были открыты колебания с периодом 2ч40мин с амплитудами в 20 км (около 10-30% от диаметра Солнца) едва уловимые для самой чувствительной аппаратуры. Наблюдаются так же пульсации с периодом в 20 – 40 минут.
    Указания на то, что диаметр Солнца испытывает еще и очень медленные колебания со значительным размахом, были получены путём анализа результатов астрономических наблюдений многолетней давности. Точные измерения продолжительности солнечных затмений, а также прохождения Меркурия и Венеры по диску Солнца показали, что в XVII веке диаметр Солнца превышал нынешний примерно на 2000 км ,то есть на 0,1%.

Строение Солнца в Википедии Ядро · Зона лучистого переноса · Конвективная зона

ЯДРО - где температура в центре равна 15 млн. K (27 млн. К в других источниках), протекает ядерный синтез. В процессе превращения водорода в гелий ежесекундно аннигилируется 4 млн. т солнечного вещества. Выделяемая при этом энергия и является источником солнечной энергии.
    В общепринятой теоретической модели Солнца (так называемой "Стандартной модели") предполагается, что подавляющая часть энергии вырабатывается реакциями прямого синтеза водорода c образованием гелия, и только лишь 1,5% - реакциями так называемого цикла CNO, в котором в процессе реакции углерод циклически превращается сначала в азот и кислород, после чего реакция снова приводит к образованию углерода. Однако группа из Принстонского института фундаментальных исследований (Institute for Advanced Study) под руководством Джона Бокалла (John Bahcall) оценила верхний порог относительной доли реакций цикла CNO как не превышающий 7,3%. Однако получить достоверное подтверждение теоретического значения, равного 1,5%, невозможно без ввода в действие нейтринных детекторов принципиально иной конструкции, чем имеются сейчас.
    Поверх ядра расположена ЗОНА ИЗЛУЧЕНИЯ, где образовавшиеся в процессе ядерного синтеза фотоны с высокой энергией сталкиваются с электронами и ионами, порождая повторное световое и тепловое излучение. Эта зона занимает область примерно от 0,3 до 0,7 R от его центра. Средняя температура в данной зоне равна3-4·10⁷ К. В ней происходит процесс переноса энергии излучаемой ядром в вышележащие слои путем поглощения этой энергии последующего ее переизлучения с постепенным увеличением длины волны по мере понижения температуры. Лучистый теплообмен – передача тепла между нагретыми телами, обусловленная процессом испускания, переноса, отражения, поглощения и пропускания лучистой энергии.
    С внешней стороны зоны излучения лежит КОНВЕКТИВНАЯ ЗОНА (внешнем слое толщиной 150-200 тыс. км, расположенный непосредственно под фотосферой), в который нагретые газовые потоки направляются вверх, отдают свою энергию поверхностным слоям и, стекая вниз, повторно нагреваются. Конвективные потоки приводят к тому, что солнечная поверхность имеет ячеистый вид (грануляцию фотосферы), солнечные пятна, спикулы и т. д. Интенсивность плазменных процессов на Солнце периодически изменяется (11-летний период – солнечная активность). Давление 6,2·10¹² дин/см³, температура 7 – 8 тысяч К.
    В противовес данной теории, что наше Солнце состоит главным образом из водорода, 10 января 2002г обсуждалась гипотеза профессора кафедры ядерной химии из университета Миссури-Роллана Оливер Мануэль (Oliver Manuel) на 199-й конференции Американского астрономического общества, утверждающая, что основную массу Солнца составляет не водород, а железо. Он утверждает, что реакция синтеза водорода, которая дает часть солнечного тепла, происходит вблизи поверхности Солнца. Но основное тепло выделяется из ядра Солнца, которое состоит главным образом из железа. Изложенную теорию происхождения Солнечной системы из взрыва сверхновой, после чего из ее сжавшегося ядра образовалось Солнце, а из выброшенной в космос материи - планеты, выдвинул в 1975г вместе с д-ром Дварка Дас Сабу (Dwarka Das Sabu). К маю 2004г получено еще одно подтверждение что Солнце родилось не в изоляции, а появилось в результате процессов, происходящих в огромной сверхновой звезде. Эту теорию разработала команда ученых из Университета штата Аризона во главе с Джеффом Хестером (Jeff Hester). В качестве доказательства они приводят обнаруженные на Земле в осколках метеоритов изотопы никеля-60, которые могут образоваться только в результате радиоактивного распада железа-60.Этот изотоп, в свою очередь, существовал на начальных этапах формирования Солнечной системы и являлся продуктом эволюции сверхновой звезды.

Солнечное излучение

      СОЛНЕЧНЫЙ СПЕКТР - распределение энергии электромагнитного излучения Солнца в диапазоне длин волн от нескольких долей нм (гамма-излучение) до метровых радиоволн. В видимой области солнечный спектр близок к спектру абсолютно черного тела при температуре около 5800 К; имеет энергетический максимум в области 430-500 нм. Солнечный спектр — непрерывный спектр, на который наложено более 20 тыс. линий поглощения (Фраунгоферовых линий) различных химических элементов.
    РАДИОИЗЛУЧЕНИЕ - электромагнитное излучение Солнца в диапазоне от миллиметровых до метровых волн, возникающее в области от нижней хромосферы до солнечной короны. Различают тепловое радиоизлучение «спокойного» Солнца; излучение активных областей в атмосфере над солнечными пятнами; спорадическое излучение, связанное обычно с вспышками на Солнце. В межпланетное пространство проникают радиоволны, которые излучает хромосфера (сантиметровые волны) и корона (дециметровые и метровые волны). Радиоизлучение Солнца имеет две составляющие – постоянную и переменную. Постоянная составляющая характеризует радиоизлучение спокойного Солнца. Солнечная корона излучает радиоволны как абсолютно черное тело с температурой Т = 106 К. Переменная составляющая радиоизлучения Солнца проявляется в виде всплесков, шумовых бурь. Шумовые бури длятся от нескольких часов до нескольких дней. Через 10 минут после сильной солнечной вспышки радиоизлучение Солнца возрастает в тысячи и даже миллионы раз по сравнению с радиоизлучением спокойного Солнца; это состояние длится от нескольких минут до нескольких часов. Это радиоизлучение имеет нетепловую природу. Радиоизлучение на метровых волнах возникает в короне, на сантиметровых – в хромосфере. Солнечная корона, исключительно прозрачная для видимого излучения, плохо пропускает радиоволны, которые испытывают в ней сильное поглощение, а так же преломления. Следовательно, солнечная корона должна излучать радиоволны как абсолютно черное тело с температурой в миллион градусов. Поэтому температуру короны определяют по изменению яркостной температуры солнечного радиоизлучения. На метровых волнах яркостная температура короны действительно составляет около миллиона градусов. На более коротких волнах она уменьшается. Это связанно с увеличением глубины, откуда выходит излучение, из-за уменьшения поглощающих свойств плазмы. Так, например, в сантиметровых волнах излучение беспрепятственно выходит из верхней хромосферы, а на миллиметровых волнах из средних и нижних ее слоев. С помощью радиоисследований были открыты наиболее удаленные от Солнца области короны, называемые сверхкороной.
    УЛЬТРАФИОЛЕТОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ - коротковолновое электромагнитное излучение (400-10 нм), на долю которого приходится ок. 9% всей энергии излучения Солнца. Ультрафиолетовое излучение Солнца ионизирует газы верхних слоев земной атмосферы, что приводит к образованию ионосферы. В ультрафиолетовой области спектра с длинами волн короче 200 нм интенсивность непрерывного спектра резко падает и появляются эмиссионные линии. Наиболее интенсивна из них водородная линия лаймановской серии (λ = 121,5 нм). При ширине этой линии около 0,1 нм ей соответствует плотность потока излучения около 5∙10–3 Вт/м2. Интенсивность излучения в линии приблизительно в 100 раз меньше. Заметны также яркие эмиссионные линии различных атомов, важнейшие линии принадлежат Si I (λ = 181 нм), Mg II и Mg I, O II, O III, C III и другие. Коротковолновое ультрафиолетовое излучение Солнца возникает вблизи фотосферы.
   РЕНТГЕНОВСКОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ - исходит из хромосферы (Т ~ 104 К), расположенной над фотосферой, и короны (Т ~ 106 К) – внешней оболочки Солнца на десятки тысяч километров выше уровня появления факелов. Плотность потока излучения Солнца в рентгеновской области (0,1–10 нм) весьма мала (~5∙10–4 Вт/м2 и сильно меняется с изменением уровня солнечной активности. В рентгеновских лучах на фотографиях Солнца, особенно ярки активные области. В них рентгеновская яркость в 100 раз больше, чем в спокойных областях.
    СОЛНЕЧНАЯ РАДИАЦИЯ - электромагнитное и корпускулярное излучения Солнца. Электромагнитное излучение охватывает диапазон длин волн от гамма-излучения до радиоволн, его энергетический максимум приходится на видимую часть спектра. Корпускулярная составляющая солнечной радиации состоит главным образом из протонов и электронов (см. Солнечный ветер).
    СОЛНЕЧНЫЙ МАГНЕТИЗМ - магнитные поля на Солнце, простилающееся за орбиту Плутона, упорядочивающие движение солнечной плазмы, обусловливающие солнечные вспышки, существование протуберанцев и т. д. Средняя напряженность магнитного поля в фотосфере 1 Э (79,6 А/м), локальные магнитные поля, например в области солнечных пятен, могут достигать нескольких тыс. Э. Периодические усиления солнечного магнетизма определяют солнечную активность. Источник солнечного магнетизма — сложные движения плазмы в недрах Солнца.
   Специалистам Лаборатории реактивного движения в Пасадене (шт. Калифорния, США) удалось выяснить причину образования петель в магнитном поле Солнца. Как оказалось, своим появлением петли обязаны тому, что магнитные волны близ Солнца являются альфвеновскими. Изменения магнитного поля были зарегистрированы с помощью приборов межпланетного зонда "Ulysses".
   СОЛНЕЧНАЯ ПОСТОЯННАЯ - полная солнечная энергия, падающая на единицу площади верхних слоев земной атмосферы за единицу времени, рассчитанная с учетом среднего расстояния от Земли до Солнца. Ее значение 1,3676 кВт/м2 (точность 0,5%, проходя сквозь атмосферу Земли, солнечное излучение теряет в энергии примерно 370 Вт/м², и до земной поверхности доходит только 1000 Вт/м² (при ясной погоде и когда Солнце находится в зените)). Вопреки названию, эта величина не остается строго постоянной, слегка изменяясь в ходе солнечного цикла (колебание 0,2%). В частности, появление большой группы солнечных пятен уменьшает ее примерно на 1%. Наблюдаются и более долговременные изменения. В последние два десятилетия замечено, что уровень излучения Солнца в период минимальной его активности нарастал примерно на 0,05% в десятилетие.

Солнечная атмосфера

Вся солнечная атмосфера постоянно колеблется. В ней распространяются как вертикальные, так и горизонтальные волны с длинами в несколько тысяч километров. Колебания носят резонансный характер и происходят с периодом около 5 минут (от 3 до 10 минут). Скорости колебаний чрезвычайно малы - десятки сантиметров в секунду.

Фотосфера

Состав фотосферы
Водород	73,46 %
Гелий	24,85 %
Кислород	0,77 %
Углерод	0,29 %
Железо	0,16 %
Сера	0,12 %
Неон	0,12 %
Азот	0,09 %
Кремний	0,07 %
Магний	0,05 %

     Видимая поверхность Солнца. Достигая толщины около 0,001 R_D (≈320 км), плотность 10^-9 — 10^-6г/см³. Фотосфера представляет собой зону, где характер газообразных слоев меняется от полностью непрозрачных для излучения до совершенно прозрачных. Фактически фотосфера излучает весь видимый свет. Температура фотосферы Солнца около 5800 K, причем к основанию хромосферы она падает примерно до 4800 K. Линии поглощения в спектре Солнца формируются в результате поглощения излучения и рассеяния именно в этом слое. Фотосфера единственная область главным образом состоящая из неионизированного (свободного) водорода. При таких условиях почти все молекулы газа распадаются на отдельные атомы. Лишь в самых верхних слоях фотосферы сохранятся относительно немного простейших молекул и радикалов типа H₂, OH, CH. Однако в фотосфере все же имеются свободные электроны, возникшие в результате незначительной ионизации водорода и практически полной ионизации металлов. Эти электроны, соединяясь с нейтральными атомами водорода, образуют радиоактивные ионы водорода, отличающиеся одним лишним (вторым) электроном. Явления, характерные для активного Солнца, такие как солнечные пятна, вспышки и факелы, также возникают в фотосфере. Быстрые атомные частицы, высвобождаемые при вспышках, движутся сквозь пространство, воздействуя на Землю и ее окрестности. В частности, они вызывают радиопомехи, геомагнитные бури и полярные сияния.
    Особую роль в солнечной атмосфере играет не встречающийся в земной природе отрицательный ион водорода, который представляет собой протон с двумя электронами. Это необычное соединение возникает в тонком внешнем, наиболее холодном слое фотосферы при "налипании" на нейтральные атомы водорода отрицательно заряженных свободных электронов, которые поставляются легко ионизуемыми атомами кальция, натрия, магния, железа и других металлов. При возникновении отрицательные ионы водорода излучают большую часть видимого света. Этот же свет ионы жадно поглощают, из-за чего непрозрачность атмосферы с глубиной быстро растет. Поэтому видимый край Солнца и кажется нам очень резким.
    Новые снимки края солнечного диска в 2002г шведским Солнечным телескопом 1-m, установленном на острове Ла-Пальма (Канарские острова), позволили обнаружить ландшафты из гор, долин и огненных стен, впервые показав трехмерную структуру солнечной поверхности. Новые снимки позволили разглядеть смещающиеся пики и низины сверхгорячей плазмы – разница в высоте их может достигать сотни километров.

грануляция (Гранулы)- видимая в телескоп зернистая структура солнечной фотосферы. Представляет собой совокупность большого числа тесно расположенных гранул — ярких изолированных образований диаметром 500-1000 км, покрывающих весь диск Солнца. Межгранульное расстояние достигает в ширину 300-500км. Одновременно на Солнце наблюдается около миллиона гранул. Каждая отдельная гранула существует порядка 5 – 10 минут, после чего она исчезает , а на ее месте появляется новая. Спектральные линии гранул смещены к фиолетовой области видимого спектра, тогда как у промежутков к красному концу спектра. Согласно эффекту Доплера это означает, что в самой грануле вещество поджимается к поверхности, а в промежутках оно опускается вниз. Таким образом, грануляция – есть внешнее, видимое проявление конвективных токов. Контраст гранул равен 20 – 30%, что соответствует разнице в температуре, порядка 300 К. Иногда гранулы образуют так называемые скопления гранул. Грануляция одинакова на всех гелиографических широтах. При торможении гранул некая доля их кинетической энергии передается фотосферным слоям, которые приходят в колебательные движения с периодом близким к частоте собственных колебаний фотосферы. Иногда наблюдаются кольцевые гранулы, представляющие собой яркую точку расширяющуюся со средней скоростью 2 км/сек. В кольцо , которое в последствии распадается на отдельные части. Длительность этого процесса около 10 минут. В активных областях фотосферы цепочки ярких гранул образуют волокна фотосферных волокон. В близи пятен гранулы несколько вытягиваются вдоль направления силовых линий магнитного поля. В сильных полях тени пятен видна слабоконтурная (с слабо выраженными границами между гранулами и темными промежутками) с размером ячеек около 300 км и временем жизни каждой ячейки около 30мин. Кроме того, на Солнце выделяется так же и так называемая супергрануляция –конвективные ячейки диаметром 20-30 тыс. км в солнечной фотосфере. В белом свете они практически не видны; выделяются лишь по концентрации спикул и усилению магнитного поля на границах супергранул. Новые солнечные пятна развиваются в местах контакта соседних ячеек супергрануляции. Характерная скорость горизонтального движения газа в супергранулах 0.3-0.4 км/с; вертикальное движение вниз со скоростью 0.1-0.2 км/с наблюдается по границам супергранул. Время жизни отдельной ячейки оценивается в 1-2 суток.
поры - темные округлые образования диаметром несколько сот километров, возникающие группами в промежутках между фотосферными гранулами. Некоторые поры, увеличиваясь, превращаются в солнечные пятна.
факел (Солнечный факел) - яркая область фотосферы Солнца (цепочки ярких гранул, обычно окружающих группу солнечных пятен). Появление факелов связано с последующим возникновением в их окрестности солнечных пятен и вообще с солнечной активностью. В невозмущенных областях фотосферы магнитное поле имеет напряженность около 1 эрстеда, а в активных областях она уменьшается. В них и образуются более яркие о сравнению с общим фоном образования называемые солнечными факелами. В общей сложности факелы могут занимать значительную долю всей видимой поверхности Солнца. Они отличаются характерной тонкой структурой и состоят из многочисленных прожилок, ярких точек и узелков – факельных гранул. Лучше всего факелы видны на лимбе солнечного диска, а ближе к центру не видны вообще. Это означает, что на некотором уровне в фотосфере факелы горячее соседних областей на 200 – 300 К, а на какой то другой глубине, наоборот она несколько холодней. Возникновение факела связанно с важным свойством магнитного поля – препятствовать движению вещества поперек силовых линий. Если магнитное поле обладает достаточно большой энергией, то оно «допускает» движение вещества только вдоль силовых линий. Слабое магнитное поле в области факела не может остановить сравнительно мощный конвективных движений. Однако, оно может придать им более правильный характер. Обычно помимо общего подъема или опускания вещества в вертикальной плоскости, совершается и небольшие беспорядочные движений в горизонтальной плоскости. Эти движения, приводящие к возникновению трения между отдельными элементами конвекции, тормозятся магнитным полем, имеющимся в области факела более слабое напряжение, чем в окружающих областях, что облегчает конвекцию и позволяет газам подниматься на большую высоту и перенести больших поток энергии. Таким образом, появление факела связанно с усилением конвекции, вызванным слабым магнитным полем. Они имеют размер около 30000 км и температуру на 2000К выше окружающей. Факелы – зазубренные стены, высота которых достигает 300 километров. Причем эти стены излучают гораздо больше энергии, чем предполагали астрономы. Возможно даже, что именно они и вызывали эпохальные изменения в земном климате. Факелы как правило объединяются в факельные поля.
Суммарная площадь цепочек (волокон фотосферных факелов) в несколько раз больше площади пятен, и существуют фотосферные факелы в среднем дольше, чем пятна - иногда 3-4 месяца. В годы максимума солнечной активности фотосферные факелы могут занимать до 10% всей поверхности Солнца.

солнечное пятно (Солнечные пятна)- область на Солнце, где температура ниже (области с сильным магнитным полем), чем в окружающей фотосфере. Поэтому солнечные пятна кажутся относительно более темными. Эффект охлаждения вызывается наличием сильного магнитного поля, сконцентрированного в зоне пятна. Магнитное поле препятствует образованию конвективных потоков газа, которые переносят к поверхности Солнца горячее вещество из нижележащих слоев.
Солнечное пятно состоит из перекручивающихся магнитных полей в мощном плазменном вихре, видимая и внутренняя области которого вращаются в противоположных направлениях.
Солнечные пятна формируются там, где магнитное поле Солнца имеет большую вертикальную компоненту. Возникая из пор, через 20 – 30 секунд пора развивается в круглое темное пятно с резкой границей диаметр, которого постепенно увеличивается вплоть до 100 тыс. км (самые маленькие 1000-2000км) в поперечнике, существуют в среднем 10-20 суток. Пятно состоит из центральной части - тени (ядра) и окружающей ее в большинстве случаев более светлой полутени, имеющую волокнистую структуру. Тень пятна в среднем занимает 15% - 25% от его общей площади. В тени пятен, как правило, наблюдаются небольшие яркие точки диаметром 100-150 км. Они существуют до трех часов и значительно горячее остального вещества ядра. В тени среднего по размеру пятна одновременно появляется примерно 20 ярких точек. Они свидетельствуют о неоднородности магнитного поля ядра пятна. Наличие полутени служит признаком большей устойчивости пятна. Нередко встречаются и солнечные пятна без полутени. Обычно они существуют немногим более одних суток и в течение нескольких часов остаются неизменными. Полутень состоит из тонких длинных сегментов. Все явления сопровождаются плавным увеличением напряженности магнитного поля, которое в центре крупных пятен достигает нескольких тысяч эрстед (до 4 кЭ). Центральная часть пятна только кажется черной из-за большей яркости окружающей фотосферы. На самом деле в центре пятна яркость меньше яркости окружающей фотосферы всего лишь в 2 – 3 раза, а яркость полутени составляет примерно три четверти от яркости фотосферы. На основании закона Стефана – Больцмана можно прийти к выводу что температура в пятне примерно на 1000 К меньше, чем температура фотосферы. Понижение температуры в пятне объясняется локальным усилением магнитного поля.

Среднее годовое число солнечных пятен изменяется с 11-летним периодом. Обычно, пятна возникают по несколько штук и занимают небольшую по площади область, вытянутую вдоль экватора – группа пятен. Два пятна, как правило, появляются на западном и восточном краях активной области, где сильнее других развиваются. Эти пятна будут в группе главными. Их называют ведущим (головным или западным) и ведомым (хвостовым или восточным). К ним примыкают более мелкие пятна. Магнитные поля этих пятен имеют противоположенную полярность. Таково устройство наиболее распространенного типа групп пятен. Вообще группы пятен бывают:

Биполярные – два пятна на западном и восточном краях активной области, где сильнее других развиваются их называют головное хвостовое противоположенной полярности. К ник примыкают более мелкие пятна.
Монополярные – одно главное пятно (или просто одиночное пятно) обладающее либо положительной, либо отрицательной полярностью.
Мультиполярные – группа с более чем двумя главными пятнами.
Самая большая из когда-либо зарегистрированных групп солнечных пятен достигла своего максимума 8 апреля 1947 г. Она захватила область площадью в 18130 миллионов квадратных километров. В середине 1947 г. был отмечен сильный максимум цикла. В противоположность ему так называемый минимум Маундера.

минимум Маундера - интервал протяженностью около 70 лет, начиная примерно с 1645г, в течение которого солнечная активность постоянно была на низком уровне, а солнечные пятна наблюдались редко. В течение 37 лет не было зарегистрировано ни одного полярного сияния.
бабочки Маундера - диаграмма, представляющая изменения гелиографической широты, на которой появляются солнечные пятна в течении солнечного цикла. Впервые диаграмма была построена в 1922 г. Э. В. Маундером. На графике в качестве вертикальной оси взята гелиографическая широта, а в качестве горизонтальной оси - время (в годах). Далее для каждой группы солнечных пятен, относящихся к некоторой широте, и каррингтоновского номера строятся вертикальные линии, покрывающие один градус широты. Получаемая картина напоминает крылья бабочки, что и дало диаграмме это популярное название.
гелиографическая долгота - долгота, измеренная для точек на поверхности Солнца. На Солнце нет фиксированной нулевой точки, так что гелиографическая долгота отсчитывается от номинального эталонного большого круга: солнечного меридиана, который прошел через восходящий узел солнечного экватора на эклиптике 1 января 1854 г. в 12.00 UT. Относительно этого меридиана долгота рассчитывается в предположении равномерного сидерического вращения Солнца с периодом 25,38 суток. В справочниках для наблюдателей помещаются таблицы положений солнечного эталонного меридиана для данной даты и времени.
каррингтоновский номер - номер, присваиваемый каждому обороту Солнца. Отсчет был начат Р.К. Каррингтоном 9 ноября 1853г с первого номера. Он взял за основу среднюю величину периода синодического вращения солнечных пятен, который определил как 27,2753 дня. Поскольку Солнце не вращается как твердое тело, фактически этот период меняется с широтой.

Хромосфера

Обширная и очень яркая вспышка на Солнце, наблюдавшаяся 9 марта 1989 г. в лучах линии альфа водорода (длина волны 565 нм).

     Хромосфера (греч. "сфера цвета") названа так за свою красновато-фиолетовую окраску. Она видна во время полных солнечных затмений как клочковатое яркое кольцо вокруг черного диска Луны, только что затмившего Солнце. Это газообразный слой Солнца, лежащий выше фотосферы толщиной 7-8 тыс. км, отличается значительной неоднородностью температуры (5-10 тыс. К). Яркость хромосферы много меньше, чем у фотосферы, поэтому ее наблюдение возможно только при полных солнечных затмений, в виде красного ободка вокруг лунного диска, либо при помощи специальных приборов, позволяющих выделять слабое излучение хромосферы на фоне излучения фотосферы. Она имеет эмиссионный спектр, состоящий из ярких линий. В спектре хромосферы линии ионизированных и трудновозбудимых элементов сильнее, чем в спектре хромосферы. Эти особенности спектра подтверждают одну интересную особенность. До этого с уменьшением глубины температура то же уменьшалась, но в хромосфере наблюдается рост температуры до 10000 K. Хромосфера имеет неоднородную структуру. Выделяются яркие и темные области. Наиболее мелкие структурные образования называются спикулами. В короне они как бы растворяются. Таким образом, происходит обмен веществом между хромосферой и короной.
   Вспышка - самое мощное проявление солнечной активности, внезапное местное выделение энергии магнитных полей в короне и хромосфере Солнца (до 10²⁵ атмосферы нагревается и ускоряется. Вспышки чаще всего происходят в небольшой области между развивающимися пятнами, особенно вблизи границы раздела полярностей сильных магнитных полей, наблюдаются самые мощные и быстро развивающиеся проявления солнечной активности. Во время вспышки яркость одного из флоккулов внезапно увеличивается во много раз во всех областях спектра. Затем в течении десятков минут свечение постепенно ослабевает. Внезапное увеличение свечения газов во вспышке так же объясняется увеличением плотности вещества. Однако в отличии от флоккула это увеличение происходит в сотни и даже тысячи раз. Внезапность процесса придает ему характер взрыва. Происходящее во время вспышки сжатие хромосферного вещества, вызываемое давлением магнитных полей, изменяющихся при развитии пятен. Поэтому энергия, излучаемая вспышками, возникает за счет энергии магнитного поля. При внезапном сжатии образуются идущие на встречу друг другу ударные волны. В этих условиях протоны и электроны ускоряются сжимающимся магнитным полем до очень больших энергий, приобретая при этом скорость близкую к световой. Поэтому вспышки сопровождаются увеличением потока космических лучей, образуются частицы (корпускулы) обладающие и меньшими скоростями, главным образом около 1 000 км/сек. Они образуют корпускулярные потоки (излучение). С корпускулярным излучением вспышек еще два важных явления. Во-первых, через несколько минут после вспышки, наблюдается увеличение мощности рентгеновского излучения Солнца, особенно у длинных волн в несколько ангстрем. Это рентгеновское излучение возникает главным образом в результате торможения быстрых электронов космических лучей в магнитных полях и в результате столкновений с частицами вещества хромосферы. Во-вторых, вскоре после вспышки наблюдается сильное увеличение мощности солнечного радиоизлучения на некоторой частоте, постепенно уменьшаясь со временем. Причиной этого всплеска радиоизлучения является происходящие с теми же частотами колебания плазмы, вызванное прохождением через нее космических лучей.
В местах вспышки вещество разогревается до температур в сотни миллионов градусов. Вспышки легко наблюдаются в видимом свете и в радиодиапазоне. Сгустки солнечного вещества, выброшенные с поверхности светила, могут быть поглощены другими сгустками, когда оба выброса происходят в одной и той же области солнечной поверхности, причем второй выброс движется с большей скоростью, чем первый. Солнечное вещество выбрасывается с поверхности Солнца со скоростью от 20 до 2000 километров в секунду. Его масса оценивается в миллиарды тонн. В случае, когда сгустки вещества распространяются в направлении Земли, на ней происходят магнитные бури. Специалисты полагают, что в случае космического "каннибализма" магнитные бури на Земле имеют большую, чем обычно силу, и их труднее прогнозировать. Начиная с апреля 1997 года, когда подобный эффект был открыт, по март 2001г наблюдался 21 случай поглощения сгустков солнечного вещества другими, движущимися с большей скоростью. Это удалось выяснить команде астрономов NASA, работающих с космическими аппаратами "Wind" и "SOHO".
Спикулы (Спикулы) - отдельные тонкие столбы (похожие на шипы структуры) светящейся плазмы в хромосфере, видимые при наблюдении Солнца в монохроматическом свете (в спектральных линиях Н, Не, Са⁺ и др.), которые наблюдаются в лимбе или около него. Спикулы поднимаются из хромосферы в солнечную корону до высоты 6-10 тыс. км, их диаметр 200-2000км (обычно порядка 1000 км в поперечнике и 10000 км в длину), среднее время жизни 5-7 мин. Поднимаясь из хромосферы со скоростью около 20 км/с; затем они падают обратно и затухают. На Солнце одновременно существуют сотни тысяч спикул, которые образуют более крупную структуру называемую хромосферной сеткой. Ячейки сетки — динамические образования диаметром 20 — 50 тыс. км, в которых плазма движется от центра к периферии.. Распределение спикул на Солнце неравномерно - они концентрируются на границах ячеек супергрануляции.
   флоккулы - (лат. flocculi, от floccus — клочок) (факелы хромосферные), тонкие волокнистые образования в хромосферном слое центров солнечной активности, имеют большую яркость и плотность, чем окружающие участки хромосферы, ориентированы вдоль силовых линий магнитного поля; являются продолжением факелов фотосферных в хромосфере. Флоккулы можно видеть, когда солнечная хромосфера отображается в монохроматическом свете, например, в свете однократно ионизированного кальция. Повышение яркости флоккула в центральных частях, можно объяснить увеличением плотности вещества в хромосфере в 3 – 5 раза при почти неизменном значении температуры, или лишь слабым ее увеличением.

Один из самых интересных протуберанцев за все время наблюдения Солнца. Снимок сделан с орбитальной станции "Скайлэб" в декабре 1973 г. в дальнем ультрафиолетовом диапазоне. Протуберанец простирается над поверхностью Солнца на 588000 км

    протуберанец (Протуберанец от лат. protubero — вздуваюсь) - термин, используемый для разнообразных по форме структур (похожих на облака или вспышки) в хромосфере и короне Солнца. Чаще всего это удлиненные плотные образования, расположенные почти перпендикулярно к поверхности Солнца. Они имеют более высокую плотность и более низкую температуру, чем окружающая их среда, на солнечном лимбе выглядят как яркие детали короны, а в проекции на солнечный диск имеют вид темных волокон, а на его краю — в виде светящихся облаков, арок или струй. Это наиболее грандиозные образования в солнечной атмосфере их длинна достигает сотен тысяч километров, хотя ширина не превышает 10 000 км.
    Покоящиеся протуберанцы возникают далеко от активных областей и сохраняются в течение многих месяцев. Они могут простираться в высоту до нескольких десятков тысяч километров. Активные протуберанцы связаны с солнечными пятнами и вспышками. Они появляются в виде волн, брызг и петель, имеют бурный характер движения, быстро меняют форму и сохраняются лишь несколько часов. Более холодное вещество, стекающее с протуберанцев из короны к фотосфере, может наблюдаться в виде коронального "дождя". Через протуберанцы происходит обмен вещества между хромосферой и короной. Возникновение, развитие и движение протуберанцев тесно связанно с эволюцией групп солнечных пятен. На первых стадиях развития активной области образуются короткоживущие, быстроменяющиеся протуберанцы. При более поздних стадиях активной области образуются спокойные протуберанцы, существующие без заметных изменений.
   *Хотя выделить какой-то отдельный протуберанец и назвать его самым большим не удается, имеется множество удивительных примеров. Например, на изображении, принятом со "Скайлэба" в 1974 г., был виден петлеобразный покоящийся протуберанец, который протянулся над поверхностью Солнца больше чем на полмиллиона километров. Такие протуберанцы могут сохраняться в течение нескольких недель или месяцев, простираясь на 50000 км за пределы фотосферы Солнца. Эруптивные протуберанцы в виде огненных языков могут подниматься над солнечной поверхностью почти на миллион километров.
    По данным двух исследовательских спутников TRACE и SOHO, которые ведут постоянные наблюдения за Солнцем, потоки электрически заряженного газа движутся в атмосфере Солнца почти со скоростью звука в данных условиях. Их скорость может достигать 320 тыс. км/час. То есть сила ветра на Солнце "перебивает" гравитационную силу при определении плотности атмосферы, а ведь на Солнца сила гравитационного притяжения в 28 раз больше, чем на поверхности Земли.

Солнечная корона

Солнечная корона во время полного солнечного затмения 7 марта 1970г.

   Самая внешняя часть атмосферы Солнца, состоит из горячей (от 600000К до 5 млн. К) разреженной высокоионизованной плазмы, которая во время полного солнечного затмения видна как яркое гало. Корона простирается на расстояние, во много раз превышающее радиус Солнца, и переходит в межпланетную среду (в несколько десятков радиусов Солнца и постепенно рассеивается в межпланетном пространстве). Протяженность и форма короны изменяются в течение солнечного цикла, главным образом благодаря потокам, образующимся в активных областях. В короне наблюдаются:
    Корональные конденсации – плазма в областях активной короны, которая примерно в три раза более плотная нежели в окрестных областях. Среди корональных конденсаций выделяют два вида. Постоянные (спокойные). Средняя температура полтора – два миллиона градусов. Количество горячего вещества в короне возрастает после бурных нестационарных процессов, особенно после солнечных вспышек. На снимках короны с высоким пространственным разрешения корональные конденсации видны в виде совокупности петель, высота которых может достигать 100 000 км (их размеры связанны с размерами связанных с ними групп пятен). Конденсации существуют порядка нескольких суток. Чем сильнее свечение конденсаций в зеленой корональной линии, тем больше их время жизни. Иногда они переживают соответствующие им пятна. Вещество спокойной короны вне активных областей так же сосредоточенно в менее контрастных петлях. Эти петли являются «сгустками» магнитных силовых линий. Отдельные петли оказываются оторванными друг от друга. Причиной этого является препятствие магнитного поля переносу элементарных частиц и энергии поперек силовых линий. В установившемся стационарном состоянии плотность плазмы в петле оказывается тем большей, чем больше выделяется энергии. Кроме постоянных существуют и спорадические корональные конденсации, которые много плотнее постоянных и имеют более высокую температуру выше 3 млн. градусов. Они связаны с солнечными вспышками и существуют не более нескольких часов. Спорадические конденсации состоят из ярких корональных петель. В них усилено свечение желтой и зеленой корональных линий, а также рентгеновских лучей.
    Корональные дыры – области спокойной короны в которых петли отсутствуют. Для корональных дыр характерна открытая магнитная конфигурация с замыканием силовых линий далеко в межпланетном пространстве и относительно низкой температурой в 600 000 градусов, из которых в пространство выходят магнитные силовые линии. Такая («открытая») магнитная конфигурация позволяет частицам беспрепятственно покидать Солнце, поэтому солнечный ветер испускается в основном из корональных дыр. Плотность в этих областях короны уменьшается, и в виду больших энергетических потерь на формирование газодинамического потока температура оказывается несколько ниже, чем в обычных корональных петлях. Это объясняет пониженную яркость дыр в рентгеновском диапазоне по сравнению со спокойной короной. Они чаще всего наблюдаются вблизи минимума солнечной активности. Затем площадь их уменьшается и к ее максимуму они вовсе исчезают. Именно они являются источником высокоскоростных потоков солнечной плазмы, обнаруженных в солнечном ветре.
    Активные области – области, в которых наблюдается изменение мощности магнитного поля Солнца и как следствие, усиленное движение газов, изменение характера этих движений. В этих областях возникают пятна, факелы, флоккулы, протуберанцы и т.п. Активные области излучают больше энергии, больше корпускул, ультрафиолетовых, рентгеновских лучей. В короне активные области связанны с проявлениями активности в нижележащих слоях солнечной атмосферы. В короне наблюдаются корональные конденсации и корональные дыры. Структура короны определяется расположением и движением в ней силовых линий магнитного поля, которое увлекает с собой плазму, образующую структуру короны.
   Корона состоит из следующих частей:
K-корона (электронная корона или непрерывная корона). Видна как белый свет фотосферы, рассеиваемый высокоэнергетическими электронами при температуре порядка миллиона градусов. K-корона неоднородна, она содержит различные структуры, такие как потоки, уплотнения, перья и лучи. Поскольку электроны движутся в высокой скоростью, фраунгоферовы линии в спектре отраженного света стерты.
F-корона (фраунгоферова корона или пылевая корона) - свет фотосферы, рассеиваемый более медленными частицами пыли, движущимися вокруг Солнца. В спектре видны фраунгоферовы линии. Продолжение F-короны в межпланетное пространство наблюдается как зодиакальный свет.
E-корона (корона эмиссионных линий) образуется светом в дискретных эмиссионных линиях сильно ионизированных атомов, особенно железа и кальция. Она обнаруживается на расстоянии двух солнечных радиусов. Эта часть короны излучает также в крайнем ультрафиолетовом и мягком рентгеновском диапазонах спектра.
фраунгоферовы линии - Темные линии поглощения в спектре Солнца и, по аналогии, в спектре любой звезды. Впервые такие линии были выделены Йозефом фон Фраунгофером (1787-1826), который обозначил самые заметные линии буквами латинского алфавита. Некоторые из этих символов все еще используются в физике и астрономии, особенно линии натрия D и линии кальция H и K.

Оригинальные обозначения Фраунгофера (1817) линий поглощения в солнечном спектре
Буква	Длина волны (нм)	Химическое происхождение
A	759,37	Атмосферный O₂
B	686,72	Атмосферный O₂
C	656,28	Водород α
D1	589,59	Нейтральный натрий
D2	589,00	Нейтральный натрий
D3	587,56	Нейтральный гелий
E	526,96	Нейтральное железо
F	486,13	Водород β
G	431,42	Молекула CH
H	396,85	Ионизированный кальций
K	393,37	Ионизированный кальций

Замечание: в оригинальных обозначениях Фраунгофера компоненты линии D разрешены не были.
Корональные линии - запрещенные линии в спектрах многократно ионизованных Fe, Ni, Ca, Al и других элементов, возникают в солнечной короне и указывают на высокую (ок. 1,5 млн. К) температуру короны.
Выброс корональной массы (ВКМ) - эрупция вещества из солнечной короны в межпланетное пространство. ВКМ связан с особенностями магнитного поля Солнца. В периоды высокой солнечной активности каждый день происходит один или два выброса, возникающих в самых разных солнечных широтах. В периоды спокойного Солнца они происходят существенно реже (примерно один раз каждые 3 -10 дней) и ограничиваются более низкими широтами. Средняя скорость выброса изменяется от 200 км/сек при минимальной активности до величин примерно вдвое больших в максимуме активности. Большинство выбросов не сопровождается вспышками, а в тех случаях, когда вспышки происходят, они обычно начинаются после начала ВКМ. ВКМ представляют собой наиболее мощные из всех нестационарных солнечных процессов и оказывают заметное влияние на солнечный ветер. Большие ВКМ, ориентированные в плоскости земной орбиты, ответственны за геомагнитные бури.
Солнечный ветер - поток частиц (в основном протонов и электронов), истекающих за пределы Солнца со скоростью до 900 км/сек. Солнечный ветер фактически представляет собой горячую солнечную корону, распространяющуюся в межпланетное пространство. Теоретически это явление было предсказано американским физиком Е. Паркером, а экспериментально подтверждено при помощи приборов, установленных на советских космических аппаратах «Луна-2» и «Луна-3», которые и обнаружили потоки заряженных частиц в межпланетном пространстве. Расширяется корона неравномерно во все стороны пространства, скорости ее расширения, или скорости солнечного ветра, меняются от 300 км/сек до 1 500 км/сек в зависимости от процессов, происходящих на Солнце. Источниками высокоскоростного солнечного ветра являются коронарные дыры - области с низкой плотностью, возникающие над поверхностью там, где магнитное поле Солнца открывается в межпланетное пространство. Во время минимума солнечной активности корональные дыры обычно появляются над полюсами Солнца и протягиваются на очень большие расстояния. На уровне орбиты Земли средняя скорость частиц солнечного ветра (протонов и электронов) около 400 км/с, число частиц — 108-109 в см³/с. Их количество резко возрастает после солнечных выпушек, особенно после мощных. Они несут с собой магнитное поле и движутся не по радиусу солнца, а по спиралям. В потоках этого излучения наблюдается турбулентность плазмы и деформация магнитного поля. Солнечный ветер оказывает заметное влияние на все планеты, он, подобно конвейерной ленте переносит последствия событий, происходящих на солнечной поверхности, в межпланетное пространство. Когда он сталкивается с удаленным небесным телом, то вызывает в пространстве вокруг него изменении электрических свойств, что может оказывать значительные воздействия на атмосферу планет, и особенно на их собственное магнитное поле, в тот случае, если оно есть. Много нового о солнечном ветре выяснила международная космическая станция SOHO. Оказалось, что он переносит такие элементы, как никель, железо, кремний, сера, кальций, хром.

Сверхкорона

Наиболее удаленные (на несколько десятков радиусов от Солнца) области солнечной короны, наблюдаются по рассеянию ими радиоволн от далеких источников космического радиоизлучения (Крабовидной туманности и др.)

Характеристики Солнца
Видимый угловой диаметр	min=31'27,2"= 1887,2"и max=32'31,4"=1951,4"
Параллакс (МАС в 1964г принял значение 8,79", меняется в пределах от 8,94" до 8,65")	8,794148"
Среднее расстояние до Солнца (экваториальных радиусов Земли)	23 455,04
Масса	1,9891×10³⁰кг (332946 масс Земли)
Радиус	6,955×10⁵км (109,12 радиусов Земли)
Площадь поверхности	6,088×10¹⁸ м² (11 900 площадей Земли)
Средняя плотность	1,409^.10³ кг/м³
Ускорение свободного падения	273,98 м/с² (27,9g)
Вторая космическая скорость на поверхности	617,7 км/с
Эффективная температура	5778 K
Светимость	3,846×10²⁶ Вт
Сила света	302-1025 кандел
Видимая визуальная звездная величина	-26,74
Абсолютная визуальная (болометрическая) звездная величина	4,83
Наклонение экватора к эклиптике	7°25'
Синодический период вращения	27,275 дней
Звездный период вращения	25,380 дней - 25 дней 9 ч 7 мин 13 с

Солнечная активность

Солнечная обсерватория "SOHO" зарегистрировала 4 января 2002 года мощный выброс солнечного вещества. Это самый масштабный и самый сложный по своей структуре выброс, который зафиксировали камеры обсерватории за все время полета.
Миллиарды тонн газа движутся со скоростью около 3,5 миллиона километров в час. К счастью, направление движение находится в стороне от Земли, поэтому нашей планете ничего не угрожает.

солнечная активность - различные регулярные возникновения в атмосфере Солнца характерных образований, связанные с выделением большого количества энергии, частота и интенсивность которых циклически изменяются: солнечных пятен, факелов в фотосфере, флоккулов и вспышек в хромосфере, протуберанцев в короне, выбросы корональной массы. Области, где в совокупности наблюдаются эти явления, называются центрами солнечной активности. В солнечной активности (росте и спаде числа центров солнечной активности, а также их мощности) существует приблизительно 11-летняя периодичность (цикл солнечной активности), хотя имеются свидетельства существования и других циклов (от 8 до 15 лет). Солнечная активность влияет на многие земные процессы.
активная область - область во внешних слоях Солнца, где возникает солнечная активность. Активные области образуются там, где из подповерхностных слоев Солнца появляются сильные магнитные поля. Солнечная активность наблюдаются в фотосфере, хромосфере и короне. В активной области имеют место явления типа солнечных пятен, флоккул и вспышек. Возникающее излучение занимает весь спектр, от рентгеновского диапазона до радиоволн, хотя в солнечных пятнах видимая яркость несколько меньше из-за пониженной температуры. По размерам и продолжительности существования активные области сильно различаются - они могут наблюдаться от нескольких часов до нескольких месяцев. Электрически заряженные частицы, как и ультрафиолетовое и рентгеновское излучение активных областей, воздействуют на межпланетную среду и верхние слои атмосферы Земли.
волокно - характерная деталь, наблюдаемая в изображениях активных областей Солнца, сделанных в линии альфа водорода. Волокна имеют вид темных полос шириной 725-2200 км и средней длиной 11000 км. Время жизни отдельного волокна составляет 10-20 мин., хотя общий рисунок области волокон мало меняется в течение нескольких часов. В центральных зонах активных областей Солнца волокна соединяют пятна и флоккулы противоположной полярности. Регулярные пятна окружены радиальным узором волокон, называемым сверхполутенью. Они представляют собой вещество, втекающее в пятно со скоростью около 20 км/сек.
солнечный цикл - периодическое изменение солнечной активности, в частности, числа солнечных пятен. Период цикла - 11,4 лет (от 8 до 15 лет), хотя в течение XX в он был ближе к 10 годам.
   В начале нового цикла пятен на Солнце практически нет. Первые пятна нового цикла появляются на гелиографических северных и южных широтах 35°- 45°; затем в процессе цикла пятна появляются ближе к экватору, доходя соответственно до 7° северной и южной широты. Эту картину распространения пятен можно представить графически в виде "бабочек" Маундера.
   Принято считать, что солнечный цикл вызван взаимодействием между "генератором", порождающим магнитное поле Солнца, и вращением Солнца. Солнце вращается не как твердое тело, причем экваториальные области вращаются быстрее, что вызывает усиление магнитного поля. В конечном счете поле "выплескивается" в фотосферу, создавая солнечные пятна. В конце каждого цикла полярность магнитного поля меняется, поэтому полный период составляет 22 года (цикл Хейла).
    Существует предположение, что именно магнитное поле ответственно за цикличность солнечной активности. Также предполагается существование 22, 44, 55 и 88 летних циклов изменения активности. Установлено что величина максимума циклов меняется с периодом около 80 лет. Эти периоды проявляются непосредственно на графике активности солнца. Изучив кольца на спилах деревьев, ленточную глину, сталактиты, залежи ископаемых, раковинам моллюсков и другие признаки, установили существование и более продолжительных циклов, длительностью около 110, 210, 420 лет, сверхвековые циклы 2400, 35000, 100 000 и, даже, 200 – 300 миллионов лет. Возможно, особенно продолжительные сверхвековые циклы, связанны по большей своей части с положением Солнца в Млечном Пути, точнее с его вращением вокруг центра галактики. Исследования в 2003г интенсивности проявления солнечной активности группой геофизиков из университета Улу (Финляндия) и Института аэрономии им. Макса Планка (Германия) под руководством Ильи Усоскина по содержанию изотопа бериллия-10 в пробах льда, взятых в Антарктике и в Гренландии, показали что на начала ноября 2003 года интенсивность солнечной активности самая высокая за последние 1150 лет. Мы живем в момент, когда Солнце ведет себя крайне необычно.

Исследование Солнца космическими аппаратами

   Исследование Солнца проводилось многими КА которых насчитывается около двух сотен (194), но были и специализированные, это:
   Первыми космическими аппаратами, предназначенными для наблюдений Солнца, были созданные NASA спутники серии Пионер с номерами 5-9, запущенные между 1960 и 1968 годами. Эти спутники вращались вокруг Солнца вблизи орбиты Земли и выполнили первые детальные измерения параметров солнечного ветра.
   Орбитальная солнечная сбсерватория ("OSO") - серия американских спутников, запущенных в период 1962- 1975гг с целью изучений Солнца, в частности, в ультрафиолетовом и рентгеновском диапазонах волн.
   КА "Helios-1" - западногерманская АМС запущена 10.12.1974г, предназначенная для исследования солнечного ветра, межпланетного магнитного поля, космического излучения, зодиакального света, метеорных частиц и радиошумов в околосолнечном пространстве, а также для проведения экспериментов по регистрации явлений, предсказанных общей теорией относительности. 15.01.1976г выведен на орбиту западногерманский КА "Helios-2". 17.04.1976г "Helios-2" (Helios)впервые приблизилась к Солнцу на расстояние 0,29 а.е (43,432 млн.км). Зарегистрированы, в частности, магнитные ударные волны в диапазоне 100 - 2200 Гц, а также появление при солнечных вспышках ядер легкого гелия, что указывает на высокоэнергетические термоядерные процессы в хромосфере Солнца. Другое интересное наблюдение, сделанное в рамках этой программы, состоит в том, что пространственная плотность мелких метеоритов вблизи Солнца в пятнадцать раз выше, чем около Земли. Впервые достигнут рекордной скорости в 66,7км/с, двигаясь с 12g.
   В 1973 году вступила в строй космическая солнечная обсерватория (Apollo Telescope Mount) на космической станции Skylab. С помощью этой обсерватории были сделаны первые наблюдения солнечной переходной области и ультрафиолетового излучения солнечной короны в динамическом режиме. С её помощью были также открыты «корональные извержения массы» и корональные дыры, которые, как сейчас известно, тесно связаны с солнечным ветром.
   Спутник по изучению максимума солнечной активности ("SMM") - Американский спутник (Solar Maximum Mission - SMM), запущенный 14.02.1980г для наблюдений ультрафиолетового, рентгеновского и гамма-излучений от солнечных вспышек в период высокой солнечной активности. Однако всего через несколько месяцев после запуска из-за неисправности электроники зонд перешёл в пассивный режим. В 1984 году космическая экспедиция STS-41C на шаттле Челленджер устранила неисправность зонда и снова запустила его на орбиту. После этого, до своего входа в атмосферу в июне 1989 года, аппарат получил тысячи снимков солнечной короны. Его измерения помогли также выяснить, что мощность полного излучения Солнца за полтора года наблюдений изменилась только на 0,01 %.в период максимума солнечной активности.
     Японский космический аппарат Yohkoh (Ёко, «Солнечный свет»), запущенный в 1991 году, проводил наблюдения излучения Солнца в рентгеновском диапазоне. Полученные им данные помогли учёным идентифицировать несколько разных типов солнечных вспышек и показали, что корона даже вдали от областей максимальной активности намного более динамична, чем принято было считать. Yohkoh функционировал в течение полного солнечного цикла и перешёл в пассивный режим во время солнечного затмения 2001 года, когда он потерял свою ориентировку на Солнце. В 2005 году спутник вошёл в атмосферу и был разрушен.
   Солнечный зонд "Ulysses" - европейская автоматическая станция запущена 6 октября 1990г для измерения параметров солнечного ветра, магнитного поля вне плоскости эклиптики, изучения полярных областей гелиосферы. Провел сканирование экваториальной плоскости Солнца вплоть до орбиты Земли. Впервые зарегистрировал в радиоволновом диапазоне спиральную форму магнитного поля Солнца, расходящуюся веером. Установил, что напряженность магнитного поля Солнца возрастает со временем и за последние 100 лет увеличилась в 2,3 раза. Это единственный КА, движущийся перпендикулярно плоскости эклиптики по гелиоцентрической орбите. Пролетел в середине 1995г над южным полюсом Солнца при его минимальной активности, а 27.11.2000г пролетел во второй раз, достигнув максимальной широты в южном полушарии –80,1 град. 17.04.1998 АС "Ulysses" завершила свой первый виток вокруг Солнца. 7 февраля 2007г зонд Ulysses "преодолел" важную веху в ходе своей миссии - в третий раз за время полета он прошел над 80-м градусом южной широты на поверхности Солнца. Этот проход по траектории над полярной областью нашего светила начался в ноябре 2006 года и стал третьим за шестнадцатилетнюю историю эксплуатации зонда. Раз в 6,2 года он совершает виток вокруг нашего светила и в ходе каждого оборота проходит над полярными областями Солнца. В ходе пролёта учёные получили много новой научной информации. В ходе таких облётов сначала спутник огибает южный полюс Солнца, а затем - северный. Ulysses подтвердил существование быстрого солнечного ветра от солнечных полюсов примерно 750 км/с, что меньше, чем ожидалось.
   Спутник для изучения солнечного ветра "Wind" - американский научно-исследовательский аппарат, запущен 1 ноября 1994 года на орбиту с параметрами: наклонение орбиты - 28,76º; Т=20673,75 мин.; П=187 км.; А=486099 км. 19.08.2000г совершил 32-й пролет близь Луны. Используя космический аппарат WIND, исследователи смогли сделать редкие прямые наблюдения магнитного перезамыкания, которое позволяет магнитному полю Солнца, проводимому солнечным ветром, связываться с магнитным полем Земли, пропуская при этом плазму и энергию от Солнца в земное пространство, что вызывает полярные сияния и магнитные бури.
   Солнечная и гелиосферная обсерватория ("SOHO") - Научно-исследовательский спутник (Solar and Heliospheric Observatory - SOHO), запущенный Европейским космическим агентством 2 декабря 1995г с предполагаемым сроком работы около двух лет. Он был выведен на орбиту вокруг Солнца в одной из точек Лагранжа (L1), где уравновешиваются гравитационные силы Земли и Солнца. Двенадцать инструментов на борту спутника предназначены для исследования солнечной атмосферы (в частности ее нагревания), солнечных колебаний, процессов выноса солнечного вещества в пространство, структуры Солнца, а также процессов в его недрах. Ведет постоянное фотографирование Солнца. 04.02.2000г своеобразный юбилей отметила солнечная обсерватория "SOHO". На одной из фотографий, сделанных "SOHO" обнаружена новая комета, ставшую 100-й в послужном списке обсерватории, а в июне 2003г открыла уже 500-ю комету. 15 января 2005 года была открыта уже 900-я хвостатая странница. А юбилейную, 1000-ю открыл 5 августа 2005г. 25 июня 2008 года с помощью полученных солнечной обсерваторией SOHO данных была открыта «юбилейная», 1500-я комета.
     Постоянные наблюдения с помощью обсерватории SOHO показали, что супергранулы движутся через солнечную поверхность быстрее, чем вращается Солнце. В январе 2003 года группе ученых, которой руководит Лоран Жизон из Стенфордского университета, удалось объяснить это загадочное явление. Супергрануляция - это картина активности, которая волной перемещается по солнечной поверхности. Это явление можно сравнить с «движением волны» на трибунах стадиона, когда каждый из сидящих друг за другом болельщиков встает со своего места на короткое время, а затем садится, но не двигается ни вправо, ни влево, при этом для наблюдателя со стороны создается иллюзия бегущей по трибуне волны. Аналогичные волны создаются поднимающимися и опускающимися супергранулами. Волны распространяются по всем направлениям через солнечную поверхность, но по каким-то причинам они сильнее (имеют большую амплитуду) в направлении солнечного вращения. Так как эти волны наиболее выделяются, то и создается иллюзия, что они движутся быстрее скорости вращения Солнца. Достаточно трудно сделать предположение о физической причине этого явления, но, вероятно, само вращение является источником волн супергрануляции.
     Видеофильмы, сделанные на основе новых наблюдений, переданных аппаратом TRACE, позволили астрономам увидеть яркие вкрапления плазмы, пробегающие по корональным петлям вверх и вниз. Данные, полученные с SOHO, подтвердили, что эти вкрапления двигаются с огромной скоростью, и позволили сделать вывод, что корональные петли - это не статические структуры, наполненные плазмой, а, скорее, ее сверхскоростные потоки, которые «выстреливаются» с солнечной поверхности и «разбрызгиваются» между структурами в короне.

   Спутник для изучения короны Солнца "TRACE (Transition Region & Coronal Explorer)" запущен 2.04.1998г на орбиту с параметрами: орбиты - 97,8 градуса; Т=96,8 минуты; П=602 км.; А=652 км.
   Задача - исследовать область перехода между короной и фотосферой с помощью 30-см ультрафиолетового телескопа. Исследование петель показало, что они состоят из ряда связанных друг с другом отдельных петель. Петли газа нагреваются и поднимаются вдоль линий магнитного поля на высоту до 480000 км, затем охлаждаясь падают назад со скоростью более 100 км/с.
     31 июля 2001г запущен российско-украинская обсерватория «Коронас-Фотон» для наблюдения солнечной активности и исследование солнечно-земных связей. Спутник находится на околоземной орбите с высотой около 500 км и наклонением 83 град. Его научный комплекс включает 15 приборов, которые наблюдают Солнце во всем диапазоне электромагнитного спектра – от оптики до гамма.
     За время наблюдения приборы КОРОНАС-Ф зарегистрировали самые мощные вспышки на Солнце и их воздействие на околоземное космическое пространство, получено огромное количество рентгеновских солнечных спектров и изображений Солнца, новые данные о потоках солнечных космических лучей и ультрафиолетового излучения Солнца. /подробнее новости от 17.09.2004г/.
Спутник "Genesis" для изучения солнечного ветра запущен 8 августа 2001 года. Выйдя в точке либрации L1 американский исследовательский зонд 3 декабря 2001 года начал сбор солнечного ветра. Всего же Genesis собрал от 10 до 20 мкг элементов солнечного ветра - а это вес нескольких крупинок соли, - представляющих интерес для ученых. Но аппарат Genesis 08.09.2004 приземлился очень жестко (разбился при скорости 300 км/час) в пустыне Юта (не открылись парашюты). Однако ученым удалось извлечь из обломков остатки солнечного ветра для изучения.
     22 сентября 2006 года на орбиту Земли была выведена солнечная обсерватория HINODE (Solar-B, Hinode). Обсерватория создана в японском институте ISAS, где разрабатывалась обсерватория Yohkoh (Solar-A) и оснащена тремя инструментами: SOT — солнечный оптический телескоп, XRT — рентгеновский телескоп и EIS — изображающий спектрометр ультрафиолетового диапазона. Основной задачей HINODE является исследование активных процессов в солнечной короне и установление их связи со структурой и динамикой магнитного поля Солнца.
      В октябре 2006 года была запущена солнечная обсерватория STEREO. Она состоит из двух идентичных космических аппаратов на таких орбитах, что один из них постепенно отстанет от Земли, а другой обгонит её. Это позволит с их помощью получать стереоизображения Солнца и таких солнечных явлений, как корональные извержения массы.

Солнца и Земля

     Всем известно, что и животным, и растениям очень дорог свет Солнца (в частности, это касается и людей). В частности некоторые люди просыпаются и бодрствуют только тогда, когда светит Солнце (это касается и большинства млекопитающих, земноводных и т.д, и даже большинства рыб). На жизнь очень сильно влияет продолжительность солнечного сияния — в частности, зимой и осенью, когда Солнце в Северном полушарии низко стоит над горизонтом, и продолжительность светового дня мала, а также мало поступает солнечного тепла, природа увядает и засыпает — деревья сбрасывают листья, многие животные впадают на длительный срок в спячку — медведи, барсуки, или же сильно снижают свою активность. Вблизи полюсов, где даже летом, несмотря на полярный день, поступает мало солнечного тепла, растительность скудная — причина унылого тундрового пейзажа. Весной же природа бурно оживает, трава распускается, листья деревья выпускают, появляются цветы, оживает животный мир. И всё это благодаря всего одному-единственному Солнцу. Его климатическое влияние на Землю бесспорно. Именно благодаря неравномерному поступлению солнечной энергии в разные районы Земли и в разные времена года на Земле сформировались климатические пояса.
      В зелёных листьях растений содержится зелёный пигмент хлорофилл — этот пигмент является важнейшим катализатором на Земле. С его помощью происходит реакция диоксида углерода и воды, и при этом продуктом реакции является кислород — элемент, который необходим для жизни почти всему живому на Земле и глобально повлиял на эволюцию нашей планеты — в частности, радикально изменился состав минералов. Реакция воды и углекислого газа происходит с поглощением энергии, поэтому на темноте фотосинтез не происходит. Фотосинтез, преобразуя солнечную энергию и производя при этом кислород, дал началу всему живому на Земле. При этой реакции образуется глюкоза, которая является важнейшим сырьём для синтеза целлюлозы, из которой состоят все растения. Поедая растения, за счёт солнечной энергии существуют и животные. Растения Земли поглощают и усваивают всего около 0,3 % энергии излучения Солнца, падающей на земную поверхность. Но и этого, на первый взгляд, мизерного количества энергии достаточно, чтобы обеспечить синтез огромного количества массы органического вещества биосферы. В частности, постепенно, переходя от звена к звену, солнечная энергия достаётся всем живым организмам в мире, включая и людей. Благодаря использованию минеральных солей почвы растениями в состав органических соединений включаются также (преимущественно) следующие химические элементы: азот, фосфор, сера, железо, калий, натрий, а также многие другие химические элементы. В итоге возникают огромные молекулы белков, нуклеиновых кислот, углеводов, жиров, служащие, в свою очередь, строительным материалом клеток. Синтез в ядре клетки ДНК служит источником жизни на Земле, и почти все процессы на Земле вызываются именно неравномерным поступлением на неё солнечной энергии.
     Земная поверхность и нижние слои воздуха — тропосфера, где образуются облака и возникают другие метеорологические явления, непосредственно получают энергию от Солнца. Солнечная энергия постепенно поглощается в земной атмосферы по мере приближения её к поверхности Земли — далеко не все виды излучения, испущенного Солнцем, попадают на Землю. На Землю доходит только 40 % солнечного излучения, 60 % излучения же отражаются и уходят обратно в космос. В настоящее время наблюдается очень негативная тенденция к увеличению поглощаемого Землёй количества солнечного излучения по причине увеличения количества в атмосфере Земли парниковых газов (см. Парниковый эффект). Под действием солнченого света на Земле происходят грандиозные природные явления — дождь, снег, град, ураган. Происходит перемещение грандиозного количества воды на Земле, действуют такие огромные течения, как Гольфстрим, Течение западных ветров и так далее. Происходит интенсивное испарение влаги, которая затем охлаждается и выпадает в виде дождя. Не будь этого — на Земле бы не было жизни. Под действием солнечного тепла образуются облака, бушуют ураганы, дует ветер, существуют волны на море, а также происходят медленные, но неумолимые процессы выветривания, эрозии горных пород. За счёт действия солнечного тепла выпадает и тает снег, испаряются лужи. Все эти процессы на Земле происходят за счёт воздействия на Землю не всех видов излучения, которые излучаются солнцем, а только некоторыми его видами — это, в основном, видимое излучение, и инфракрасное излучение. Именно энергия этого вида излучения нагревает Землю и создает погоду на ней, и определяет тепловой режим нашей планеты.
     Кроме того, инфракрасные лучи Солнца полезны для здоровья человека — они проникают глубоко под слой кожи человека и вызывают заметное тепловое действие, очень полезное при лечениях многих видов заболеваний. Поэтому не зря многие животные, когда болеют, «греются на солнышке».
     Ультрафиолетовое излучение Солнца разрушает молекулу кислорода, которая распадается на два составляющих её атома (атомарный кислород), и возникшие таким путём свободные атомы кислорода соединяются с другими молекулами кислорода, которые ещё не успели разрушиться солнечным ультрафиолетовым излучением, и в результате получается аллотропная модификация кислорода, состоящая, в отличии от обычного кислорода, из трёх его атомов — озон. Озон жизненно важен для существования жизни на Земле. Образуется он тоже только за счёт солнечного излучения. Благодаря озоновому слою до поверхности Земли доходит лишь малая часть ультрафиолетового излучения, которое доходит до земной атмосферы. Ультрафиолетовое излучение опасно для человека и животных, и поэтому образование озоновых дыр представляет серьёзную угрозу для человечества.
     Однако в небольшом количестве ультрафиолет необходим человеку. Все знают, что под действием ультрафиолета образуется жизненно необходимый витамин D. При его недостатке возникает серьёзное заболевание — рахит, которая может возникнуть по оплошности родителей, которые прячут своих детей вдали от солнечного света. Недостаток витамина D опасен и для взрослых, при недостатке данного витамина наблюдается размягчение костей не только у детей, но и у взрослых (остеомаляция). Из-за недостатка поступления ультрафиолетовых лучей может нарушиться нормальное поступление кальция, вследствие чего усиливается хрупкость мелких кровеносных сосудов, увеличивается проницаемость тканей. Недостаточность солнечного света проявляется также в бессоннице, быстрой утомляемости и др. Поэтому человеку периодически необходимо бывать на Солнце.
     Ультрафиолетовые лучи также в небольшом количестве (в большом количестве они могут вызвать рак кожи) усиливают работу кровеносных органов: повышается количество белых и красных кровяных телец (эритроцитов и тромбоцитов), гемоглобина, увеличивается щелочной резерв организма и повышается свёртывание крови. При этом дыхание клеток и всего организма усиливается, процессы обмена веществ идут активнее. Ультрафиолетовые лучи позитивно воздействуют на организм и посредством других природных факторов — они способствуют ускорению самоочищения атмосферы от загрязнения, вызванного антропогенными факторами, способствуют устранению в атмосфере частичек пыли и дыма, устраняя смог.

Интересные факты

Средняя плотность Солнца составляет всего 1,4 г/см³, то есть равна плотности воды в Мёртвом море.
Каждую секунду Солнце производит в 100 000 раз больше энергии, чем человечество произвело за всю свою историю, однако при этом удельное (на единицу массы) энерговыделение Солнца — всего 2×10⁻⁴ Вт/кг, то есть примерно такое же, как у кучи преющих листьев.
8 апреля 1947 года на южном полушарии Солнца было обнаружено самое большое скопление солнечных пятен за всё время наблюдений. Его максимальная длина составляла 300 000 км, а максимальная ширина — 145 000 км. Оно было примерно в 36 раз больше площади поверхности Земли и было легко видно невооружённым глазом в предзакатные часы.
Солнце заключает в себе 99,866 % массы всей Солнечной системы.

Солнечная система