Сфера света

«Сфера света» — или, по-гречески, фотосфера — так назвали видимую нами поверхность Солнца. В сущности говоря, этой поверхности вовсе нет..., так как к нам доходят лучи Солнца с разной глубины той массы газов, из которой оно состоит. Из более глубоких слоев свет приходит, конечно, более ослабленным, вследствие неполной прозрачности верхних слоев, и, начиная с некоторой глубины, он не доходит до нас вовсе. Непрозрачность солнечных газов особенно сильна в более холодных, самых внешних слоях.

Непрозрачность их обусловлена примесью отрицательных ионов водорода (это атомы водорода, к которым «присоединилось» по электрону). Поэтому солнечный край кажется вполне резким, а не размытым, хотя и нет очень резкого скачка в плотности солнечных газов, который можно было бы считать границей или поверхностью Солнца.

Солнце к краям заметно темнее, чем в центре, и это — следствие малой прозрачности фотосферных слоев. В центре Солнца до нас доходит свет от более глубоких и горячих слоев, а на краях он приходит от менее глубоких и менее горячих, а потому и менее ярких слоев фотосферы.

Практически мы почти не видим слоев, лежащих глубже сотни километров под тем слоем, который уже граничит с солнечной атмосферой, хотя ослепительно яркие газы фотосферы разреженнее, чем атмосферный воздух, примерно в миллион раз.

Температура «поверхности» Солнца или фотосферы — понятие условное. Чем глубже внутрь Солнца, тем выше температура его слоев. Температура фотосферы — это нечто среднее из температур его внешних слоев. Ее можно определить многими способами, например, по распределению энергии в непрерывном спектре, который характеризует излучение фотосферы. В действительности спектр фотосферы есть наложение друг на друга непрерывных спектров, соответствующих разной температуре разных наружных слоев Солнца. Этот сложный спектр и есть спектр фотосферы, но он достаточно близок к спектру абсолютно черного тела при температуре в 6000°. Эту температуру и принимают за температуру солнечной фотосферы. Часто говорят для краткости, что 6000° — это температура Солнца.

Рис. 119. Фотография Солнца с пятнами. Заметно потемнение диска Солнца на краю.

В действительности температура и плотность газов Солнца с глубиной меняются.

Еще до того как были выяснены все эти подробности, проф. В.К. Цераский проделал в Москве следующий интересный опыт, показывающий нижний предел температуры Солнца. Он взял большое вогнутое зеркало диаметром 1 м, собирающее лучи Солнца в фокусе, где получается изображение Солнца диаметром 1 см. Можно доказать, что в этом месте температура не может быть выше температуры Солнца. Однако в этом месте у Цераского плавились самые тугоплавкие вещества. Неудивительно, что у поверхности Солнца все вещества, включая металлы, находятся в виде раскаленных паров. Между тем эти слои, вдвое более горячие, чем пламя электрической дуги, холоднее, чем недра Солнца, энергия которых поддерживает температуру фотосферы, теряющей энергию лучеиспусканием. Фотосфера — это вечно настежь открытая дверь, через которую улетучивается запас солнечной энергии.

Было бы неверно думать, что фотосфера Солнца однородна.

Фотосфера имеет зернистое строение, и ее продолговатые зерна называются гранулами. Однако эти «зерна» имеют размеры порядка тысячи километров и состоят из раскаленных газов. Гранулы хорошо видны в небольшой телескоп. Они постоянно возникают и распадаются быстрее, чем облака в нашей атмосфере, они существуют лишь по несколько минут. Поэтому гранулированная поверхность Солнца похожа на кипящую рисовую кашу, и настолько, что иногда при киносъемке для изображения солнечной поверхности эту кашу и фотографируют. Светлые гранулы — это поднимающиеся вверх струи горячего газа. В темных промежутках между ними газ опускается — он там холоднее. Так в верхних слоях Солнца происходит конвекция. Благодаря ей тепло из более глубоких слоев подводится к наружным слоям.

Рис. 120. Неодинаковый ход лучей сквозь атмосферу Солнца.

Небольшие яркие образования, называемые факелами, часто бывают видны, особенно на краю Солнца, где оно темнее. Это показывает, что факелы — облакообразные массы газа в верхних слоях фотосферы. Их большая видимая яркость на краю диска лишь частично обусловлена их более высокой температурой, которая по измерениям пулковских астрономов выше, чем у соседних нижних слоев, всего лишь на 100

Рис. 121. Грануляция солнечной фотосферы. Черная тень — солнечное пятно.

В верхних слоях факел горячее, чем фотосфера, примерно на 2000°. Еще в большей мере однообразие фотосферы нарушается появляющимися на Солнце темными пятнами.