Лекции о Солнце полностью

Специалисты по физике плазмы применяют свой профессиональный жаргон, говоря о «вмороженности» плазмы в магнитное поле. Это значит, что магнитное поле тесно связано с процессами в ионизованном газе: плазма может перемещаться вдоль направления поля, в перпендикулярном же направлении ее движение существенно затруднено. Соответственно, потоки вещества в хромосфере управляются магнитными полями: опытные гелиофизики, рассматривая хромосферные фильтрограммы Солнца, сразу видят, где и как расположены магнитные поля, где проходят их границы и даже как распределены знаки поля. Картина верхней хромосферы в этом смысле напоминает изображения металлических опилок в магнитном поле во время школьного опыта по физике: потоки плазмы трассируют силовые линии поля. Именно наблюдения таких хромосферных структур на спектрогелиограммах позволило столетие назад Хэйлу сделать вывод о присутствии на Солнце магнитных полей. Поскольку в хромосфере давление, порождаемое магнитными полями, гораздо больше газового давления, сложная сетка магнитных полей формирует столь же сложную структуру хромосферы.

Но магнитные поля могут влиять только на плазму, то есть на ионизованный, а не на нейтральный газ! Это значит, что в хромосфере (по крайней мере, в верхней) не газ, а плазма! Но это может быть только при высоких температурах – гораздо более высоких, чем в фотосфере!

Анализ хромосферных спектров подтвердил предварительный вывод: температура в хромосфере выше, чем в фотосфере! Получается, что от центра Солнца к фотосфере температура падает от 15 миллионов градусов до 5–6 тысяч, а затем снова начинает подниматься, хотя плотность газа продолжает быстро уменьшаться с высотой. Температура нижней хромоферы, примыкающей к фотосфере, – 6 тысяч градусов, верхней хромосферы – уже почти 15 тысяч градусов. С ростом температуры действительно усиливается и ионизация вещества.

Если посмотреть на хромосферу Солнца на краю с хорошим разрешением, можно обнаружить, что край солнечного диска «в профиль» похож, по образному выражению российского астронома Петра Григорьевича Куликовского (1910–2003), на множество горящих травинок. Эти вытянутые вверх образования называются спикулы. Размеры этих «травинок» колоссальны: они протягиваются вертикально вверх на тысячи километров, имея ширину основания в пределах 600–1000 километров. Время существования каждой спикулы не превышает пяти минут. Горячий газ в спикулах поднимается с огромными скоростями (несколько десятков километров в секунду) из хромосферы в более высокие слои солнечной атмосферы – корону. Судя по всему, именно спикулы являются основными структурами, через которые хромосфера и корона обмениваются веществом.

В верхнем слое хромосферы плотность вещества падает до 10⁹ (миллиарда) атомов в кубическом сантиметре. Несмотря на то, что это в принципе довольно большое число, для нас это уже практически пустота, вакуум. На Земле мы привыкли к другим плотностям газа, в миллионы и миллиарды раз превышающие плотность плазмы в хромосфере Солнца.

Корона. Над хромосферой начинается внешний, самый протяженный и во многом самый загадочный слой солнечной атмосферы – корона. Корону удается увидеть во время полных солнечных затмений, когда яркое излучение фотосферы загорожено Луной. Тогда на потемневшем небе можно увидеть жемчужного цвета свечение неправильной формы, протягивающееся далеко от Солнца. Так, на снимках солнечного затмения 29 марта 2006 года, полученных в Турции Вячеславом Константиновичем Хондыревым и Эдвардом Владимировичем Кононовичем, отдельные структуры короны просматриваются на удалении 20 радиусов Солнца – а это почти 14 миллионов километров! (См. иллюстрацию на вклейке.)

Яркость короны в сотни раз меньше, чем яркость ясного дневного неба (поэтому кроме как во время затмения мы ее не видим) и в миллион раз меньше яркости фотосферы. Ее можно грубо сравнить с поверхностной яркостью Луны. При этом яркость коронального свечения быстро уменьшается по мере удаления от светила. Обычно корону подразделяют на наиболее яркую внутреннюю (удаленную от края солнечного диска не больше чем на 0,2–0,3 радиуса Солнца) и протяженную внешнюю.

Изучение спектров короны показывает, что ее свечение порождается рассеянием света, излучаемого фотосферой, на электронах в околосолнечном пространстве. Согласно сделанным оценкам, плотность частиц в короне должна быть на порядок меньше, чем в хромосфере, – примерно 10⁸ электронов в кубическим сантиметре!

Присутствие такого количества свободных электронов в короне можно объяснить только ионизацией: электроны при высоких температурах оказываются оторванными от ядер атомов. Поскольку плазма в целом должна быть нейтральной, в короне должно быть такое же количество положительно заряженных ионов (ядер атомов). Значит, общая концентрация частиц в короне в среднем должна быть порядка 2 × 10⁸ частиц в кубическом сантиметре.