Пятно обычно возникает там, где до этого наблюдались факелы. Вначале солнечное пятно — это крошечная пора, маленькая черненькая точка, лишь чуть большая, чем темные промежутки между гранулами. Примерно через день пора увеличивается и превращается в резко очерченное пятно. Еще спустя день в средней части пятна возникает светлая перемычка, и пятно делится на два. Проходят еще один-два дня, и вокруг пятен образуется более светлая, с прожилками, кайма — так называемая полутень. Пятна медленно продолжают расти, а рядом с ними возникает множество мелких пятен, нередко связанных общей полутенью. Образуется группа солнечных пятен, по размерам в огромное число раз превосходящая диаметр земного шара.
Это — вершина развития, апофеоз. Далее все идет на убыль. Пятна уменьшаются, блекнут, и, хотя вся группа как бы чуть-чуть расползается по солнечной поверхности, в конце концов пятна исчезают, сменяясь обычными гранулами. Весь этот цикл развития занимает две-три недели, но некоторые особенно мощные группы солнечных пятен могут существовать многие месяцы.
Так совершаются события на Солнце. При наблюдениях с Земли картина несколько осложняется тем, что огромный солнечный шар медленно вращается вокруг собственной оси. Если бы Солнце было твердым телом, все бы его точки имели одинаковую угловую скорость, а значит, и одинаковый период вращения. На самом деле исполинский газовый шар вращается иначе, как бы по частям.
Экваториальные зоны Солнца завершают полный оборот за 25 суток, а околополярные области примерно за месяц.
В среднем полный оборот Солнце завершает за 27 земных суток — запомните эту величину, с ней в дальнейшем нам часто придется встречаться.
Когда солнечное пятно появляется на западном краю солнечного диска, оно вследствие перспективы кажется вытянутым, овальным. Кроме того, видна только часть полутени, так что невольно создается впечатление, что солнечное пятно — некое углубление в фотосфере, а полутень — края огромной воронки, центр которой и воспринимается как «тень», то есть самая темная часть солнечного пятна.
По-видимому, так оно и есть: каждое рядовое солнечное пятно — это воронкообразное образование глубиной около 1000–1500 км, причем радиальные волокна полутени при ширине около 30 км имеют длину в несколько тысяч километров.
Эффект Вильсона, показывающий, что пятна представляют собою углубления в фотосфере.
Когда-то думали, что солнечные пятна — это газовые вихри в солнечной фотосфере. Однако выяснилось, что движение газа в пятнах совсем не так просто. В верхних слоях пятна солнечные газы со всех сторон втекают внутрь, к его центру. В нижних слоях наблюдается противоположная картина — газы радиально вытекают из пятна. Есть и вихревое движение, но опять разнонаправленное на разных «этажах». Это движение очень медленное, вовсе не похожее на стремительные смерчи в земной атмосфере. Скорее наоборот, солнечные пятна — это «зоны затишья» среди постоянно «кипящей» фотосферы.
Температура газов внутри солнечною пятна примерно на 1500° ниже температуры фотосферы. По причине контраста пятна кажутся темными. Однако рядовое солнечное пятно, помещенное на ночное небо, сияло бы в сто раз ярче полной Луны.
Характерная деталь: каждое солнечное пятно похоже на исполинский электромагнит. Магнитные поля солнечных пятен очень мощны — их напряженность нередко достигает 3000 эрстед, что почти в 6000 раз больше напряженности земного магнитного поля. Сила электрического тока, необходимая для создания такого мощного магнитного поля, должна измеряться биллионами ампер!
Стоит заметить, что Солнце, как и Земля, обладает еще общим магнитным полем. Но оно очень слабое — его напряженность не превышает 1 эрстеда.
Когда большое солнечное пятно, достигнув максимальных размеров, начинает уменьшаться, а затем исчезает, магнитное поле, хотя и ослабленное, остается существовать вплоть до появления нового пятна в той же области.
И вообще «затухание» магнитных полей в фотосфере совершается очень медленно — теоретически можно доказать, что полное уничтожение магнитного поля в условиях Солнца возможно лишь за сотни лет.
Как это ни горько признать, но до сих пор нет теории, полностью объясняющей происхождение солнечных пятен.
Одно ясно — охлаждение солнечных газов внутри пятна вызвано действием местного магнитного поля. Оно тормозит движение газов поперек силовых линий, сдерживает конвекцию. Поэтому под пятном почти прекращается циркуляция газов, которая переносит из глубины Солнца наружу значительное количество энергии, газы охлаждаются, и пятно кажется черной оспиной на ослепительном лике Солнца.
Где кончается Солнце?
Неискушенному в астрономии человеку может показаться, что Солнце «оканчивается» там, где видит глаз резко очерченный край солнечного диска. Но это не так. В те редкие моменты, когда Солнце покрывается черным диском Луны, вокруг затмившегося Солнца виден оранжево-красный ободок с небольшими выступами, напоминающими язычки пламени. Самое же примечательное в такие минуты — изумительно красивое жемчужно-серебристое сияние, со всех сторон окружающее Солнце.
Оранжевый ободок — солнечная хромосфера («цветная оболочка»). Пламенеобразные выступы — солнечные протуберанцы. Сияние вокруг затмившегося Солнца — солнечная корона. А все эти образования, вместе взятые, образуют весьма обширную солнечную атмосферу.
Строение Солнца: 1 — корона, 2 — хромосфера, 3 — фотосфера; 4 — протуберанец, 5 — пятно, 6 — хромосферная вспышка, 7 — уплотнение короны в области вспышки, 8—флоккул
Атмосфера Солнца гораздо разреженнее его фотосферы, не говоря уже о солнечных недрах. Ее свечение несравненно слабее ослепительного блеска фотосферы. В частности, корона Солнца на ночном небе сияла бы не ярче полной Луны. Поэтому астрономам приходится прибегать к различным техническим ухищрениям, чтобы всегда, в любой ясный день наблюдать солнечную атмосферу. Самый нижний ее слой, непосредственно прилегающий к фотосфере, имеет плотность в сотни раз меньше плотности комнатного воздуха (3·10-8 г/см3) В более высоких слоях солнечная атмосфера еще разреженнее. Здесь, как и повсюду на Солнце, преобладает водород и гелий с ничтожной примесью остальных элементов.
Кстати сказать, красно-оранжевая окраска хромосферы вызвана именно водородом, интенсивно излучающим красные лучи.
При наблюдениях в специальные телескопы хромосфера несколько напоминает горящую прерию. В ней заметны спикулы — продолговатые быстроменяющиеся выступы, гораздо меньшие по размерам, чем протуберанцы. Длина каждой спикулы составляет несколько тысяч километров, а толщина около 1000 км. Это как бы волокна в хромосфере, через которые совершается обмен веществом между хромосферой и короной.
В фотосфере пятна и факелы — активные образования.
Действительно, чем их больше, тем сильнее «взбудоражено» Солнце. Иначе говоря, количество пятен и факелов может служить мерой солнечной активности.
В атмосфере Солнца к активным образованиям в первую очередь относятся так называемые флоккулы и протуберанцы.
Посмотрите на вклейки. Перед вами фотоснимки Солнца, полученные с помощью спектрогелиографа. Этот сложный прибор обладает замечательным свойством — он позволяет рассматривать и изучать Солнце как бы «по частям».
В нем есть специальные фильтры, пропускающие, например, только те лучи, которые посылает водород. Тогда получают фотоснимок Солнца, как говорят, в лучах водорода. Можно сфотографировать Солнце в лучах гелия или, скажем, кальция. На таких снимках, именуемых спектро-гелиограммами, видны яркие, неправильной формы пятна, почти совпадающие по положению и очертаниям с фотосферными факелами. Это своеобразное продолжение факелов в солнечной атмосфере называют флоккулами.
Протуберанцы, пожалуй, самое величественное и грандиозное, что мы наблюдаем на Солнце. Особенно сильное впечатление остается после просмотра кинофильмов, где развитие протуберанцев показано в ускоренном темпе.
Вот висит над Солнцем колоссальное облако, внешне похожее на муравьеда. Это так называемый спокойный протуберанец, который в целом остается неподвижным. Но странная картина: из этого протуберанца к поверхности Солнца вытягиваются какие-то газовые «щупальца», и видно, как по этим искривленным путям под действием электромагнитных сил всасывается вещество протуберанца в фотосферу.
Взрывные, или эруптивные, протуберанцы ведут себя совсем иначе. Вот взлетает над Солнцем, непрерывно распухая, чудовищно огромное облако газа. Оно поднимается на высоту, почти равную диаметру Солнца (1 300 000 км), а затем рассеивается в окружающее пространство. Есть, конечно, среди взрывных протуберанцев и более спокойные, которые, взлетев по вертикали на не очень большую высоту, затем как бы всасываются обратно в недра Солнца.
