И на Солнце есть пятна!

Солнце – центральное светило нашей планетной системы – служит для Земли неиссякаемым источником света и тепла. Под его влиянием из года в год происходят медленные геологические изменения поверхности, формируется климат, рождаются штормы в океане и смерчи в атмосфере. В результате переработки солнечной энергии на нашей планете развивается растительная жизнь. Пища, которую мы едим, – это «консервированные» солнечные лучи. Да не только пища, но и уголь, нефть, торф, горючие газы – все это «консервы» из солнечной энергии.

Солнце излучает световую энергию во все стороны. До Земли доходит ничтожно малая часть ее. Но и эта ничтожно малая часть представляет собой огромную величину. Солнечная энергия, поступающая к Земле всего за несколько суток, равна энергии всех разведанных на нашей планете месторождений угля.

Группа сотрудников Крымской астрофизической обсерватории АН СССР под руководством академика А. Б. Северного недавно сообщила об обнаружении едва уловимых пульсаций Солнца с периодом в 160 минут и амплитудой изменения радиуса всего в несколько км. Эти наблюдения нуждаются в дальнейшем уточнении. Общепризнанного объяснения таких пульсаций не появилось; но среди высказывавшихся по этому поводу догадок встречаются весьма экзотические. Так, некоторые авторы усматривают причину солнечных пульсаций во влиянии далекой голубой звездочки под названием Геминга. Она находится в созвездии Близнецов (Gemini) и является одним из самых приметных на небе источников переменного гамма-излучения. От слов gemini и gamma пошло название этой слабенькой звездочки Geminga. Высказывалось предположение, что гравитационные волны, приходящие от Геминги, попадают в резонанс с частотой собственных колебаний Солнца, и наше Солнце, тем самым, играет роль природного детектора гравитационного излучения далекой Геминги. Солнце «дрожит» словно цветок в поле под напором сильного ветра.

Астрономы занимаются пристальным изучением Солнца, поскольку для нас, жителей Земли, находящихся под боком этого природного «термоядерного котла», особенности ежедневной и ежегодной деятельности Солнца имеют исключительно важное значение.

Влияние Солнца на окружающее его межпланетное пространство и на всю планетную систему, по-видимому, различно в зависимости от степени его активности. Показателем же активности Солнца, как выяснилось, могут служить солнечные пятна.

«… Взирая на солнце, прищурь глаза свои, и ты смело разглядишь в нем пятна», – так учил бессмертный Козьма Прутков.

Щурься или не щурься, но смотреть на Солнце, не защитив глаза, крайне вредно. На яркий солнечный диск позволительно смотреть только через черные очки, очень темное стекло или засвеченную фотопленку. Тогда при благоприятном стечении обстоятельств действительно удается порой заметить простым глазом наиболее крупные солнечные пятна.

О существовании пятен на солнечном диске еще 23 столетия назад сообщал Теофраст из Афин. В русской летописи за 1371 г. читаем: «…того же лета бысть знамение в солнце, места черны по солнцу аки гвозди…». Такие «знамения на небеси» внушали суеверным людям страх, предвещая будто бы всяческие несчастья. Уже первые наблюдатели, вооруженные телескопом, обнаружили, что солнечные пятна – явление самое обычное. Они систематически появляются и исчезают.

В ходе полного солнечного затмения астрономы имеют возможность наблюдать структуру солнечной короны

Недолгое время пытались объяснить появление пятен прохождением перед диском Солнца каких-то неизведанных небесных тел, расположенных между Солнцем и наблюдателем. Позже было доказано, что пятна – более холодные участки солнечной поверхности.

Вообразите себе накаленный добела кусок железа. Если на него каким-либо образом попадет крупинка холодного железа, то она будет казаться темным пятном. Хотя внутри Солнца температура чрезвычайно велика, на поверхности она «всего» 6000 К. А температура солнечных пятен на 2000 К ниже окружающих их областей. И поэтому они так выделяются.

Среднее солнечное пятно по диаметру значительно превосходит размеры земного шара.

Пятна появляются только в сравнительно узкой зоне, вблизи солнечного экватора. Но они никогда не находятся на самом экваторе. В большинстве случаев пятна образуют группы, причем в пределах одной группы они могут слегка перемещаться. Пятно может существовать от одного дня до нескольких месяцев. В течение этого времени изменяются его размеры и форма.

По движению пятен были установлены особенности вращения Солнца. Оно вращается вокруг своей оси не как твердое тело. Быстрее всего вращается экваториальная зона. Точка на экваторе по отношению к звездам совершает один оборот за 25 суток[20]. А точкам вблизи полюсов для одного оборота требуется до 35 суток.

В наши дни установлено, что солнечные пятна, подобно электрической катушке с током, связаны с магнитными полями. Расположение северного и южного магнитных полюсов у пятен подчиняется строгим закономерностям.

Пятна – наиболее характерное проявление солнечной активности. Их возникновение сопровождается целым рядом других явлений. Иногда с поверхности Солнца вырываются гигантские водородные фонтаны – протуберанцы. Иногда происходит кратковременное резкое повышение яркости над пятнами. Это так называемые солнечные вспышки, при которых дополнительно выделяется огромное количество энергии.

Солнечная активность периодически нарастает и спадает. Одним из первых заподозрил периодичность солнечной активности Вильям Гершель. Однако, разумеется, никаких данных о систематических наблюдениях за поверхностью Солнца в его распоряжении не было. На помощь Гершелю пришла его неисчерпаемая научная выдумка. Он решил, что солнечная активность должна влиять на урожайность зерновых культур, а тем самым проявляться и в ценах на хлеб. В итоге для анализа солнечной активности он воспользовался данными о ценах на хлеб, которые имелись за многие десятилетия. Но его работа не привела к желаемой цели.

Впервые цикличность солнечной активности была случайно обнаружена в середине XIX в. любителем астрономии из Германии аптекарем Швабе. Швабе мечтал найти близкую к Солнцу планету, и с этой целью, чтобы не пропустить прохождения черного кружка планеты перед диском Солнца, стал регистрировать появление всех солнечных: пятен.

«Бриллиантовое кольцо». Полное солнечное затмение еще продолжается, но из-за неровности края Луны уже появился ослепительный свет от крохотной точки солнечного диска

За 20 лёт наблюдений Швабе так и не открыл, планету, но, к своему удивлению, подметил, что число пятен на Солнце регулярно меняется. Бывали годы, когда солнечный диск ни на один день не оставался без пятна. Лет через 5-6 число пятен сокращалось до минимума. Если в 1828 г. Швабе насчитал 225 пятен, то за весь 1833 г. их было всего 33. В последующие за минимумом годы число пятен вновь возрастало. Так был открыт 11-летний цикл изменений количества солнечных пятен.

Теперь установлено, что при повторном цикле северные и южные полюса магнитных полей в пятнах меняются местами. Поэтому можно говорить и о 22-летнем цикле солнечной активности. Кроме этого, в солнечной активности существуют еще и другие периодичности. Так, от одного 11-летнего цикла к другому максимумы числа солнечных пятен бывают по величине различными. Астрономы высказывают обоснованные предположения о существовании циклов в 80-90 лет, в 400, в 600, а возможно даже и в 900 лет.

Солнечная активность, как правильно догадывался Гершель, действительно сопряжена с некоторыми явлениями на поверхности и в атмосфере Земли. Увеличение солнечной активности, например, влияет на количество и яркость полярных сияний, – они при этом наблюдаются в гораздо более низких широтах, чем обычно. От активности Солнца зависят иловые отложения озер и ряд других феноменов в биосфере Земли.

Естественно, вновь возникает поставленный Гершелем вопрос: нельзя ли по совокупности косвенных признаков-следствий выяснить уровень солнечной активности не только за столетия прямых наблюдений, но в масштабе одного-двух тысячелетий? Ведь письменные свидетельства очевидцев о полярных сияниях относятся не только к двум-трем последним столетиям, но уходят в глубь веков. Уровень иловых отложений озер, содержание ¹⁴С в годичных кольцах деревьев и другие подобные следствия изменчивости солнечной активности поддаются анализу за длительные промежутки времени.

Ответ на поставленный вопрос оказался сенсацией. Во второй половине XVII в., примерно с 1645 по 1715 гг., отмечен «провал», глубочайший минимум, почти полное отсутствие признаков солнечной активности. Некоторые авторы усомнились на этом основании даже в устойчивости 11-летнего цикла, полагая, что он возник и сформировался совсем недавно, всего двести с лишним лет назад.

Заходить так далеко в область неясных догадок вряд ли оправдано, поскольку причины, как его называют, «маундеровского минимума» солнечной активности (одним из первых на него указал англичанин Е. Маундер) могут быть простыми и естественными: к примеру, этот период мог являться периодом глубокого минимума долгопериодического (400- или 600-летнего) цикла. Да и оценки уровня солнечной активности по косвенным «уликам» могли оказаться значительно ниже, чем обстояло в действительности. Остается, однако, фактом, что во второй половине XX в. уровень солнечной активности испытывает тенденцию к возрастанию. Максимум, пришедшийся на конец 1957 г., был крупнейшим за все время телескопических наблюдений. Он был девятнадцатым по счету из непосредственно наблюдавшихся циклов солнечной активности. Двадцатый оказался меньше, зато двадцать первый цикл, который начался в 1976 г., превзошел все остальные.