Активные области, хромосферные вспышки, рентгеновское и радиоизлучение Солнца

На Солнце в так называемых активных областях наблюдается усиление движения газов и изменение характера этих движений. В этих областях возникают не только пятна, но и факелы, флоккулы, усиление магнитных полей, некоторые протуберанцы.

Рис. 134. Фотография Солнца в рентгеновских лучах.

Активные области излучают больше корпускул, ультрафиолетовых, рентгеновских и даже космических лучей высокой энергии. Все эти виды излучений лишь недавно стало возможно изучать приборами, установленными на высотных ракетах, искусственных спутниках Земли и межпланетных автоматических станциях.

Ультрафиолетовый конец солнечного спектра впервые сфотографировали с высотных ракет, так как земная атмосфера это коротковолновое излучение поглощает целиком и не пропускает к Земле. Между тем ультрафиолетовый спектр Солнца содержит ценнейшую дополнительную информацию о физическом состоянии и химическом составе внешних слоев Солнца. Ультрафиолетовые лучи — главный ионизатор земной атмосферы, основной создатель ее ионосферы.

Рис. 135. Фотографии четырех солнечных вспышек в свете бальмеровской линии водорода H_α.

Для измерения рентгеновского излучения Солнца вместо спектрографа приходится пользоваться особыми счетчиками, покрытыми тонкой пленкой, поглощающей рентгеновские кванты разной энергии, в зависимости от состава и толщины пленки. На рис. 134 приведена фотография Солнца в рентгеновских лучах. В этих лучах особенно ярки активные области. В них рентгеновская яркость раз в 100 больше, чем в спокойных областях Солнца. Рентгеновское излучение возникает во внутренней короне Солнца, на десятки тысяч километров выше уровня появления водородных флоккул.

По спектрогелиограммам было обнаружено, что изредка на Солнце бывают кратковременные яркие вспышки особенно плотных и горячих газов; температура плазмы во вспышках достигает несколько десятков тысяч градусов. Именно они-то, а не самые пятна, с которыми вспышки обычно связаны, являются причиной быстрых электромагнитных возмущений на Земле, которые раньше приписывались непосредственно влиянию пятен. (Впрочем, дело обстоит, по-видимому, еще сложнее.) Электромагнитные возмущения на Земле проявляются в колебаниях магнитной стрелки компаса, в помехах в работе проволочного и радиотелеграфа и т. д. Об этом мы поговорим еще и дальше.

Для радиосвязи возможность предвидеть наступление таких помех была бы особенно ценна. Опыты предсказания наступления таких помех и даже опыты прогноза погоды, основанные на анализе наблюдаемой связи помех с областями активных изменений и активного излучения на Солнце, все время делаются. Дело в том, что, вообще говоря, для того чтобы повлиять на Землю, активная область должна быть вблизи центра видимого диска Солнца. Всегда можно заранее рассчитать, зная период вращения Солнца, когда активная область, видимая вдали от центра, окажется вблизи него (вернее, на его центральном меридиане).

Улучшение предсказаний хромосферных вспышек очень важно для обеспечения безопасности космонавтов. При хромосферных вспышках возникают лучи, сходные по составу с космическими лучами: 90% протонов и 10% альфа-частиц (ядер гелия). Интенсивность космического излучения возрастает при этом в тысячи раз и более в течение нескольких часов. Особенно мощные вспышки происходят в среднем один раз за 4—5 лет в эпоху спада или подъема солнечной деятельности.

С 1957 г. на Солнце пытались обнаружить изотоп водорода с атомной массой 2. Можно было ожидать его образования при ядерных реакциях, сопровождающих солнечные вспышки. В августе 1972 г. при сильной вспышке было обнаружено гамма-излучение, которое могло произойти при образовании дейтерия. На следующий год дейтерий был обнаружен непосредственно в солнечном ветре при нескольких вспышках благодаря приборам, установленным на двух искусственных спутниках Земли. Тут же зарегистрировали и другой изотоп водорода — тритий. Он нестабилен и половина его распадается за 12,6 лет. Оба изотопа возникают от столкновения быстрых протонов и ядер гелия с ядрами более тяжелых элементов. В продуктах вспышек содержание дейтерия возрастает в сотни раз, достигая 0,1% атомов водорода. Проходившая, по-видимому, очень активная область Солнца дала ряд очень сильных хромосферных вспышек, сопровождавшихся рядом геофизических последствий — бурь в космических лучах, больших магнитных бурь и возмущений ионосферы. Подобные вспышки крайне опасны для космонавтов в открытом Космосе и даже внутри корабля. К сожалению, предвидеть их мы еще не умеем.

Многие исследователи в годы второй мировой войны обнаружили радиоизлучение, идущее от Солнца. Из радиоволн, испускаемых Солнцем, мы можем принимать волны длиной (примерно) от 10 м до нескольких сантиметров.

Если предположить, что Солнце в области радиоволн излучает как абсолютно черное тело, то по интенсивности его радиолучей с длиной волны 1 м его температура составляет сотни тысяч градусов. Метровые волны излучаются солнечной короной, а сантиметровые — хромосферой. Вычисленная выше «температура» характеризует лишь скорость движения электронов в этих оболочках Солнца и соответствует тому, что говорилось ранее в этой книге о причине ионизации газов в короне.

Временами радиоизлучение Солнца усиливается в сотни тысяч раз. Это явление называют «всплесками»; они сопровождают большие солнечные пятна, вернее, происходящие вблизи последних кратковременные извержения из недр крайне горячих газов — хромосферные вспышки.

По теории И.С. Шкловского эти «всплески» вызваны тем, что потоки электрически заряженных частиц, выбрасываемых Солнцем и производящих на Земле полярные сияния, на своем пути вызывают в солнечной атмосфере особые «собственные колебания» находящихся в ней электронов. Эти колебания порождают кратковременное усиленное радиоизлучение.

Однако радиоизлучение активного Солнца очень сложно и разнообразно и теоретическое его объяснение находится в процессе дальнейшей разработки.