logo
лекции по астрономии

4. Солнечная атмосфера

Многие характеристики Солнца с течением времени практически не изменяются. Но есть и множество изменяющихся явлений, которые характеризуют солнечную активность. Эти явления проходят в атмосфере.

Условно солнечную атмосферу можно разделить на три области:

- фотосфера;

- хромосфера;

- корона.

Фотосфера – самый глубокий слой атмосферы, толщина 200 – 300 км. Из него исходит почти вся энергия Солнца, наблюдаемая в видимой части спектра. Из – за ухода энергии в пространство температура фотосферы убывает при удалении от центра.

В фотосфере активными образованиями являются гранулы, солнечные пятна и фотосферные факелы. Гранулы размером до 700 км, со временем жизни ≈ 8 млн., разделены темными промежутками размером до 300 км. Яркость гранул и темных промежутков различается в пределах 10%.

Рисунок 59. Фотосфера с грануляцией и пятнами.

Рисунок 60. Большое солнечное пятно.

Рисунок 61. Фотография факела.

Гранулы непрерывно появляются и угасают.

Пятна и факелы появляются в зоне ≈ ±30º от экватора. Обычно факелы цепочкой окружают пятна ≈ 4500º. В области пятен достаточно сильное магнитное поле (2000 – 4500 Э или 0,2 – 0,45 Тл). Обычно пятна появляются группами, мерой пятнообразовательной деятельности являются числа Вольфа.

Рисунок 62. Изменение числа Вольфа со временем

W= 10g+f(3)

g – число группы пятен;

f – общее число видимых пятен.

Если пятен нет, то W=0, если пятно одно, то W=11, так как это пятно учитывается дважды. Число W изменяется с периодом ≈ 11 лет.

Теория пятен разрабатывается. Более низкая температура связывается с существованием сильного магнитного поля в области пятна. Оно тормозит движение плазмы поперек поля. Поле может препятствовать конвекции в слоях под фотосферой. В результате уменьшается приток тепла из внутренних слоев. Причиной может быть и затраты энергии на образование альвеновских волн, которые уносят эту энергию в хромосферу и корону.

Влиянием магнитного поля объясняют и увеличение яркости факелов. Слабое поле приводит к усилению конвекции.

Хромосфера – слой атмосферы, расположенный выше фотосферы.

Хромосферные активные образования:

- спикулы - светящиеся газовые столбы, диаметр ~1000 км, скорость подъема и опускания ≈ 20 км/с, а высота до 3000 км, время жизни несколько минут.

-флоккулы- яркие образования, пересеченные системой темных волокон – фибрилл.

- хромосферные вспышки – наиболее грандиозные проявления солнечной активности. Область вспышек до 10000км. За время одного часа может выделиться энергия до 10% общей светимости Солнца. В области вспышки генерируется поток частиц высоких энергий и электромагнитного излучения отгамма – лучей до радиоволн.

Рисунок 63. Большая хромосферная вспышка

Вспышка образуется над сложной группой пятен с сильными магнитными полями противоположной полярности.

В короне, в верхней части атмосферы, наблюдается протуберанцы – активные образования разнообразные по форме и характеру развития: являются также связанные с магнитными полями.

Рисунок 64. Изменения протуберанца.

Рисунок 65. Четыре стадии развития эруптивного

протуберанца наблюдавшиеся в течении часа.

Корона не находится в равновесном состоянии. Она непрерывно расширяется, создавая потоки ионизированной плазмы с вмороженным магнитным полем. Такие потоки назвали солнечным ветром. Скорость частиц солнечного ветра увеличивается при удалении от Солнца. У основания короны (20000 км. от поверхности Солнца) она составляет несколько сотен метров в секунду, а на расстоянии орбиты Земли достигает 2507000 и более. при температуре плазмы ≈ 105К, и концентрации до 10 в 1 , магнитное поле 10-5 – 10-4 Э (≈10-8 Тл). Естественно возникает вопрос о процессе переноса энергии, приводящей к увеличению скорости и кинетической энергии направленного движения частиц.

Все активные образования в солнечной атмосфере тесно связаны между собой. Появлению пятен предшествует появление факелов и флоккулов. Вспышки возникают во время наиболее быстрого роста группы пятен или их сильных изменений. В это же время возникают и протуберанцы, которые живут и после распада активной области. Таким образом можно говорить о центрах солнечной активности.

Радиоизлучения Солнца. Наблюдаются как непрерывное радиоизлучение так и радиовсплески различных типов. По теории Максвелла, излучать электромагнитные волны могут заряженные частицы, скорость которых изменяется по модулю и направлению. На Солнце – эти частицы ионизированной плазмы.

Радиоизлучения Солнца содержит тепловую и нетепловую составляющие.Тепловая - следствие изменения скорости при столкновениях, нетепловая – магнитотормозное излучение – следствие вращения заряженных частиц в магнитных полях. Излучение радиоизлучения различного типа и в различных диапазонах позволяет получать информацию о состоянии и процессах в различных слоях солнечной атмосферы.

5. Влияние солнечной активности на географические и биологические процессы на Земле.

К Земле от Солнца приходят корпускулярные потоки солнечного ветра, несущие вмороженные магнитные поля, электромагнитное излучение различных диапазонов, от коротковолнового до радиоволн. Они влияют на физико – химические процессы в верхних слоях атмосферы, на состояние магнитного поля Земли. Периодические и непериодические измерения солнечной активности вызывают изменения в околоземном пространстве, что влияет на физические процессы и биосферы.

Некоторые примеры:

- толщина годичных колец деревьев повторяется с периодом солнечной активности. В максимум солнечной активности более широкие кольца, то есть более благоприятные условия роста.

- вспышки чумы, холеры, скарлатины, дифтерита происходят преимущественно в годы максимума солнечной активности;

- в максимуме солнечной активности изменяется состав крови, понижаются защитные свойства организма.

Созданная служба Солнца систематически отслеживают состояние Солнца и информируют о нем, через публикации, радио, телевидение.