3.Строение атмосферы Солнца.

В то время как о глубинном строении Солнца экспериментальных данных нет (теория свидетельствует о том, что недра Солнца разогреты до 15 млн. градусов и при атмосферном давлении сотни миллиардов атмосфер имеют плотность около 150 т/кубм), атмосфера Солнца изучена сравнительно хорошо. Она состоит из ФОТОСФЕРЫ, ХРОМОСФЕРЫ и КОРОНЫ.

Фотосфера- внутренняя часть атмосферы Солнца излучает электромагнитные волны видимого диапазона частот. Толщина фотосферы около 300 км. Температура газа в фотосфере уменьшается по мере увеличения расстояния соответствующего слоя от центра Солнца.

Фотосфера имеет ячеистую структуру. Отдельные ячейки фотосферы- гранулы имеют диаметр от 500 до 1500 км. Гранулы живут по нескольку минут. После этого на их месте зарождаются другие (картина напоминает поверхность кипящей жидкости). Образование гранул объясняется процессами конвекции- подъемом из недр Солнца более теплых масс водорода и опусканием более холодных. Движения газа в гранулах порождают акустические волны, распространяющиеся в верхние слои атмосферы Солнца.

Отдельные гранулы сливаясь образуют т.н. пятна, достигающие в диаметре тысяч- десятков тысяч километров. Пятна на Солнце впервые были открыты независимо друг от друга в XVII веке Галилеем (Италия), Шернером (Германия), Фабрициусом (Голландия)и Гарретом (Великобритания).

Установлено, что пятна могут заполнять значительную часть видимого диска Солнца. Они живут дни-месяцы и могут уходить на невидимую часть Солнца. По перемещению пятен астрономы установили, что на экваторе Солнце совершает оборот за 25 суток, а на полюсе- за 30 суток. Количество пятен на Солнце год от года изменяется с периодом 11 и 22 года. При максимальном количеств пятен –пик максимума солнечной активности, при минимальном – минимум.

Типичное солнечное пятно состоит из темной центральной части – тени и волокнистой полутени. Важнейшая особенность пятен – наличие в них сильнейших магнитных полей, достигающих в области тени напряженности нескольких тысяч эрстед. Температура солнечной плазмы в пятнах несколько меньше, чем за их пределами. Поэтому пятна формируют преимущественно инфракрасную составляющую солнечной радиации. Каждое пятно окружено активной зоной, имеющей более высокую температуру. Вследствие этого при увеличении числа пятен на Солнце поток солнечной радиации несколько возрастает. В пределах яркой части фотосферы происходит конвективный подъем горячего (около 6000 град) вещества из недр Солнца, а в тени пятен- его опускание.

Как и любые движущиеся заряженные частицы, потоки плазмы на Солнце создают магнитное поле. В среднем магнитное поле в фотосфере Солнца имеет напряженность–1-2 эрстеда, т.е. примерно в 2-4 раза выше земного.

В зоне каждого пятна магнитное поле образует трубку силовых линий, либо выходящую из фотосферы, либо входящих в нее. Верхняя часть трубки расширяется и силовые линии в ней расходятся как колосья в снопе. Вокруг тени магнитные силовые линии направлены практически горизонтально. В тени температура понижена до 4500 град. Солнечные пятна, как правило, группируются по нескольку штук. В каждой группе имеются два главных (самых крупных). Магнитное поле в этих больших пятнах противоположно по знаку. Силовые линии выходят из одного пятна и замыкаются в другом. С противоположной стороны замыкание происходит во внутренней области Солнца.

С периодом 11 лет, в соответствии со сменой фаз цикла солнечной активности , происходит инверсия магнитного поля Солнца. Полный период изменения его направленности происходит за 22 года.

Вся поверхность фотосферы непрерывно излучает заряженные частицы (в основном протоны и электроны), образующие солнечный ветер, при этом формируется фоновое радиоизлучение Солнца.

Над фотосферой Солнца располагается его хромосфера.

Хромосфера –самый холодный и тонкий слой солнечной атмосферы, где температура плазмы снижается до 4500 град.

Хромосфера имеет толщину –400 км. В ней минимальна скорость звука и расположен солнечный атмосферный акустический канал, по которому звук распространяется с малыми потерями энергии.

На краю хромосферы в период полных солнечных затмений видны язычки пламени- т.н. хромосферные спикулы. Спикулы- вертикально вытянутые образования состоящие из более плотного газа.

Хромосфера в отличие от фотосферы имеет более неправильную , неоднородную структуру. Здесь выделяют два типа неоднородностей- яркие и темные, которые образуют хромосферную сетку. Они являются последствиями конвективного движения газа в фотосфере, но имеют большие масштабы. Температура газа в хромосфере быстро нарастает с увеличением высоты- от абсолютного минимума – до десятков тысяч градусов.

Наиболее замечательным явлением, охватывающим все слои атмосферы Солнца и зарождающегося в хромосфере являются солнечные вспышки. Это взрывы, сосредоточенные в сравнительно небольших областях хромосферы и короны. Причина взрыва не вполне ясна, предположительно она вызвана резким сжатием плазмы под воздействием магнитного поля Солнца. Вспышка продолжается около часа. Во время вспышек энергия радиоизлучения возрастает в миллионы раз по сравнению с излучением спокойного Солнца. Это объясняется тем, что источник радиоизлучения- потоки заряженных частиц, в это время многократно усиливаются.

В зависимости от мощности, вспышки делятся на :

-оптические, приводящие лишь к увеличению потока УФ излучения;

-рентгеновские, при которых кратковременно возникает также рентгеновское излучение Солнца;

-электронные, при которых, также в составе солнечного ветра резко возрастает плотность потока электронов;

-протонные , при которых, также в составе солнечного ветра резко возрастает плотность потока протонов.

Оптические вспышки самые слабые, но происходят наиболее часто. Протонные вспышки самые мощные, но бывают реже. Количество и средняя мощность вспышек на Солнце характеризуются т.н. вспышечным индексом Солнечной активности.

Вспышки иногда приводят к образованию портуберанцев -длинных плазменных «жгутов» или «лент», которые имеют форму арок, опирающихся на хромосферу. Портуберанцы имеют протяженность - тысячи – миллионы километров. Это наиболее грандиозное явление в атмосфере Солнца. Они представляют собой гиперзвуковые вертикальные выбросы сравнительно плотной и холодной солнечной плазмы.

Корона- внешняя, наиболее разреженная и горячая часть солнечной атмосферы, излучающая ультрафиолетовое, а при вспышках и рентгеновское излучение. Плотность вещества короны тем меньше, а его температура тем больше, чем больше расстояние до Солнца .

Корона видна только в период полного солнечного затмения. Она имеет неправильную форму и “лохматая” , т. е имеет лучистую структуру. Конфигурация короны изменяется с течением времени. Лучи короны могут быть различной длины, в том числе превышая несколько диаметров Солнца.

Между лучами расположены «коронарные дыры» - области, сквозь которые в околосолнечное пространство выбрасывается основная часть потока солнечного ветра. В периоды, когда такая дыра обращена к нашей планете, этот выброс приводит к увеличению потока солнечного ветра, взаимодействующего с магнитосферой Земли. В среднем плотность этого потока такова, что в 1 м³ пространства содержится 1-2 частицы. В периоды, когда к нам обращена коронарная дыра, плотность этого потока возрастает до 10-20 частиц. При протонных вспышках она возрастает до единиц тысяч частиц. Подобные усиления солнечного ветра называется солнечными бурями.

В среднем корона простирается на расстояние нескольких радиусов Солнца и нагрета до температуры 1-2 миллиона градусов. Она непрерывно излучает и ускоряет частицы солнечного ветра. На удалении 25млн км скорость солнечного ветра достигает максимума- 400 км/с и далее не меняется. При вспышках, расположенные над соответствующими участками хромосферы, сегменты короны нагреваются до 10 млн. градусов, что и приводит к увеличению мощности УФ и возникновению рентгеновского излучения.

Вся солнечная атмосфера непрерывно колеблется. В ней распространяются волны с горизонтальной и вертикальной поляризацией длиной в несколько тысяч километров. Колебания носят резонансный характер и происходят с периодом около 5 минут.