Солнце

👉
Материал из Викизнание
Перейти к: навигация, поиск
Реклама на Викизнании (разместить):


Солнце.jpg

Солнцезвезда, небесное светило, снабжающее Землю энергией и являющееся центром (^^) Солнечной системы. А так же это центральное тело Солнечной системы, типичная звезда, представляющая собой раскалённый плазменный шар.

Характеристики:

Движение и размеры Солнца[править]

Солнце — средних размеров звезда в Млечном пути. Спектр Солнца и, вероятно, главные черты строения одинаковы со многими соседними звёздами. В противоположность преобладающему типу двойных и кратных звёзд, где вещество разделено на почти равные части, общая масса всех планет — спутников Солнца — едва достигает 1/700 массы самого Солнца. Вследствие периодичности пятен, Солнце, быть может, является слабо переменной звездой. Вместе со всей неизменно связанной с ним системой планет Солнце движется в пространстве. Его путь, вероятно, кривая линия, обусловленная притяжением и распределением масс в ближайших областях млечного пути. Движение Солнца сказывается в общем параллактическом перемещении звезд. До сих пор удалось лишь грубо определить направление, по которому неслось Солнце за последнее время. Наиболее надёжный метод дает точку небесного свода, которой, прямое восхождение 17h 20m (260°). а северное склонение 30° (в созвездии Геркулеса). Скорость этого движения равна 25 км/с, т. е. Солнце в год проходит длину, равную радиусу орбиты Юпитера. Вследствие движения Земли около Солнца, оно проектируется для нас последовательно в различных точках большого круга небесной сферы — эклиптики. В астрономических календарях даются на каждый день прямое восхождение и склонение Солнца. Эти положения Солнца взяты из Таблиц, или Теории Солнца (вернее, следовало бы говорить — Земли). Последние «Tables of the Sun» (1899) составлены Ньюкомбом. Из прежних особенно важны Delambre, «Tables du Soleil» (1806); Hansen et O lufsen, «Tables du Soleil» (1853); Leverrier, «Tables générales du mouvement du Soleil» (1858). Для изготовления таких таблиц требуется точное знание длины года, фигуры и положения орбиты Земли, а также вычисление всех планетных возмущений, вследствие которых изменяется положение Земли, и следовательно, видимое нами положение Солнца. Расстояние Земли до Солнца служит единицей длины в астрономии. Все остальные расстояния планетной системы выражаются в нём при помощи законов Кеплера. Задача определения этого расстояния имеет громадную важность. О ней — см. параллакс. Благодаря эллиптичности орбиты Земли, это расстояние меняется: в январе Солнце ближе к нам на 5 млн км, чем в июле. Средняя величина расстояния по новейшим определениям равна 149 000 000 км; свет пробегает его в 498 сек. Изменение расстояния сказывается на величине видимого диаметра Солнца. Он колеблется в ту и другую сторону на 32″; в среднем же диаметр Солнца равен 32′2″ (серебряный пятачок в вытянутой руке покрывает Солнце). Сжатие Солнца ничтожно; его теоретическая величина в зависимости от малой плотности и медленного вращения не превосходит 1/10000 т. е. полярный и экваториальный радиусы не могут отличаться более чем на 0,1″: сжатие не может быть определено из наблюдений. Каждая угловая секунда на диске Солнца соответствует действительной длине в 725 км. Никакие оптические средства не дают возможности различать на поверхности Солнца объекты меньшие 200—300 км. (?) Земля представилась бы на ней кружком с радиусом в 8,80″ (величина параллакса Солнца). Линейный диаметр Солнца в 109 раз более земного; поверхность Солнца в 11900 раз, объем в 1 290 000 раз более Земли. Если бы в центре Солнца поместить Землю, то Луна на ее настоящем расстоянии обращалась бы лишь на полпути от центра Солнца до его поверхности. Масса Солнца только в 327 000 раз более массы Земли. Средняя плотность Солнца равна 0,253 плотности Земли, или 1,41 плотности воды. Отношение масс Земли и Солнца выводится из возмущений Землёй соседних планет или из движения Луны (см. Тяготение). Давление, а следовательно, плотность в центре Солнца громадны, поэтому плотность внешних оболочек должна быть ничтожна. Сила тяжести на видимой поверхности Солнца в 27,3 раза более, чем на Земле. Солнце, благодаря исходящей из него энергии (притяжение, химические лучи, электромагнетизм, свет, тепло) является в широчайшем смысле слова центром, очагом всего планетного мира, залогом его существования и жизни. Земля перехватывает лишь около 1/1010 всей энергии, лучеиспускаемой Солнцем в пространство. Одна тепловая энергия, получаемая Землёй, составляет 100 млн килограмм-метров в год на каждый квадратный фут поверхности (т. е. 3 кг в 1 секунду); иными словами, одна «лошадиная сила» непрерывно воздействует на каждые 25 кв. фут. (2,325 м2) поверхности Земли.

Свет и теплота Солнца[править]

Нет образца, с которым можно было бы сравнивать свет Солнца. Из определений Волластона следует, что Солнце освещает единицу поверхности Земли в 60 000 ярче, чем свеча на расстоянии метра. Поэтому он оценивает полный блеск Солнца в 16×1026 свечей. По Цёлльнеру, Солнце в 619 000 раз ярче полной Луны и в 55 млрд раз ярче Капеллы (α Aurigae), типичной звезды 1-ой величины. Более надёжны сравнения блеска (яркости) поверхности Солнца. Так, Ланглей оценил его в 5300 раз сильнее, чем блеск расплавленного металла в Бессемеровом конверторе. Физо и Фуко — в 146 раз сильнее Друммондова света и в 4 раза — света электрической дуги (сравнивая единицы поверхности). Поверхность Солнца даёт далеко не одинаковое количество лучей в центре и около краев диска. Это зависит от их поглощения атмосферой Солнца. Еще Араго оценил, что яркость краев на 1/41 меньше. Позднейшие исследования указали на гораздо большую разницу. В следующей таблице даны напряжения различных лучей:

Расстояние от центра Солнца (в радиусе) Лучи Тепловые (Ланглей)
Фиолетово-синие (Фогель) Желто-красные (Фогель) Белые (Пикеринг)
0,00 100 100 100 100
0,25 97,7 99,0 99
0,50 90,0 95,6 91,3 95
0,75 73,1 84,1 78,8 86
0,95 40,1 52,0 55,4 62
0,98 14,5 27,5 37,4 50

Более всего теряют химические, ультрафиолетовые лучи, затем лучи видимого спектра и, наконец, тепловые. Невооруженный глаз не замечает разницы, она ясно заметна в оптические инструменты, а на фотографических пластинках иногда край Солнца почти незаметен, в то время как центральные части диска экспонированы вполне достаточно. Без верхних оболочек Солнце давало бы раз в пять более тепла, а цвет его был бы голубоватый. Почти одновременно Пулье и Джон Гершель (1838) исследовали количество тепла Солнца. Пулье нашёл помощью построенного им пиргелиометра, что каждый квадратный сантиметр поверхности Земли получает в минуту 1,7 малой калории. Эта величина названа солнечной постоянной. Для той же цели Виолль предложил актинометр, прибор, устроенный на несколько ином принципе. Результат Пулье оказался довольно неточным. По точнейшим определениям Ланглея (наблюдал босометром) солнечная постоянная равна 3,0. Савельев вывел даже 3,5 калории. Чтобы из этих данных получить понятие о температуре, господствующей на Солнце, надо знать зависимость между температурой тела и количеством излучаемого им тепла. Различные эмпирические формулы, достаточно хорошо представляющие эту зависимость для земных температур, решительно непригодны для температуры Солнца. Смотря по тому какой был принят закон (Дюлонга и Пти, Ньютона), получились для температуры Солнца всевозможные числа от 1500° (Пулье, Виолль) до 5 000 000° (Секки) и даже 9 000 000° (Ватерстон). Принимая закон Стефана, теоретически подтвержденный Больцманом, что лучеиспускание пропорционально четвертой степени абсолютной температуры тела, получится для Солнца 8000°. Во всяком случае, здесь мы имеем «эффективную» температуру — такую температуру должна иметь поверхность, покрытая сажей, чтобы давать Земле столько же тепла, как Солнце. Несомненно, в лучеиспускании участвуют все слои Солнца до значительной глубины, а температуры их колеблются в громадных пределах. По выводу Цёлльнера, если на поверхности Солнца господствует температура в 13 000°, то она достигает миллиона градусов уже на глубине 1/10 радиуса Солнца. Ю. Шейнер, опираясь на некоторые особенности спектральных линий магния, считает, что температура «обращающего слоя» Солнца (см. ниже) почти равна температуре электрической дуги. Об источниках солнечной энергии, о гипотезах Майера, Сименса, Гельмгольца см. Энергия солнечная.

Методы наблюдения Солнца[править]

Кроме нескольких шатких указаний на временное потускнение С. древние астрономы до изобретения телескопа не имели никаких сведений об его строении. Солнечные пятна были открыты почти одновременно Фабрициусом, Галилеем и Шейнером в 1608-11 годах. С тех пор началось изучение С. Открытие спектрального анализа дало новый, еще более сильный толчок. В настоящее время многие обсерватории (Йеркес, Медон, Потсдам, Принстон и т. д.) почти исключительно заняты наблюдениями С. Для рассматривания поверхности С. приходится умерять ее блеск, пользоваться специальными методами и снарядами. Самый простой способ, который употреблял еще Галилей, состоит в проектировании изображения С. на белую бумагу перед окуляром трубы. Для разглядывания непосредственно глазом, на окуляр надевается густо окрашенное, "темное" стекло (впервые предложено Апианом в XVI столетия). Объектив не должен быть при этом открыт более чем на 3-4 дюйма в диаметре. Иногда делают ломаный окуляр; в его сгибе насажена призма. Глаз получает только небольшую часть лучей, отраженную от призмы. В поляризационном окуляре (гелиоскоп) лучи света поляризуются отражением от призм, затем они падают на систему двух зеркал; вращая эту систему, можно то получать полный (поляризованный) свет, то ослаблять его по желанию. Иногда на переднюю поверхность объектива наводят тонкий слой серебра; это всего безопаснее и приятнее для глаза, но инструмент потерян для всех других наблюдений. На многих обсерваториях ведется ежедневное фотографирование С. (о приборах см. Астрофотография, Фотография). Из прежних снимков мокрым способом особенно ценны полученные в Кью (Делярю) и в Вильне (Саблер, Смыслов). Фотография выгодна для регистрирования деятельности С.; менее годится она для изучения деталей его строения. Наконец, за последнее время сильно развилось спектрографирование С., дающее возможность получать изображения отдельных того или другого рода извержений на нем (см. ниже). О спектре С., о Фраунгоферовых линиях, их обращении, обращающей оболочке С., а также о методах спектрографирования см. Спектральный анализ.

Фотосфера, грануляция, пятна и факелы[править]

Поверхность С. далеко неравномерна по блеску; вся она имеет "пестрящий" вид, более яркие крупинки запутаны в массе менее светлой. Эти крупинки, гранулы, весьма малы, диаметр их в среднем около 1/2". Грануляция С. заметна уже при помощи трубы сравнительно небольших размеров. В зависимости от оптических и атмосферических условий, от личных впечатлений, наблюдатели сравнивали поверхность С. с непроклеенной шероховатой бумагой (Юнг), со свежевыпавшим, рыхлым снегом (Ланглей); форму крупинок - с рисовыми зернами (Гершель), с перепутанными ивовыми листьями (Насмит). Крупинки эти иногда рассеяны рядами, спиралями. По оценке Ланглея, они занимают 1/5 всей поверхности С., но, вследствие яркости дают 3/4 всего света (грануляция С. достаточно хорошо изображена на приложенном к статье рисунке пятен). Совокупность светящихся крупинок, вернее, оболочка С., несущая их, названа фотосферой (светоносной). Жансен указал, что на лучших фотографических снимках крупинки местами выходят размытыми, местами резкими. Он думал, что "смазанность" эта вызвана перекрестными течениями в верхних слоях атмосферы С. Дальнейшие наблюдения не подтверждают реальности фотосферической сетки (ré seau), как назвал это явление Жансен; оно вызвано земными условиями фотографирования. Крупинки фотосферы местами раздвигаются шире, менее светлая масса выделяется сильнее, образуются поры - темные точки. Эти поры часто переходят в пятна - большие темные пространства, как бы разрывы в фотосфере. С другой стороны на фоне фотосферы выделяются факелы - наиболее яркие изо всех деталей солнечной поверхности. По форме они напоминают легкие облака, комья ослепительной пены, плавающие над фотосферой; их нежное строение трудно поддается воспроизведению на рисунках. Нет сомнения, что факелы - не просто слившиеся гранулы фотосферы; это - образования иного характера, иного химического состава. Посреди солнечного диска факелы для глаз почти незаметны; они ярко выступают на фотосфере около краев диска. Здесь лучи фотосферы пронизывают большие слои верхних оболочек С., и факелы, лежащие выше общего уровня фотосферы, выигрывают в яркости. Пятна и факелы тесно связаны между собой: пятно всегда окружено факелами. Образование факелов гораздо обильнее и чаще, чем пятен; факелы всегда, по времени образования, предшествуют пятну, но, сплошь и рядом, не сопровождаются пятнами. В пятнах резко различаются тень, или ядро, и полутень, окружающая ядро. Тень кажется совершенно черной, но это зависит лишь от контраста с фотосферой. По оценке Ланглея, тень пятен в 500 раз ярче полной Луны (сравнивая единицы площадей). Фогель определил отношение яркостей фотосферы, полутени и тени как 1000:630:67. - Еще Шейнер в 1611 г. заметил, что пятна образуются не по всей поверхности С.; они весьма редки в экваториальной полосе, всего чаще встречаются под 10-30° широты обоих полушарий и никогда не появляются в полярных областях. Шейнер назвал пояса от 10° до 30° широты "царскими" (via regia). Таково же распределение и факелов; впрочем, эти последние встречаются изредка под более высокими широтами. Не слишком большие пятна, в среднюю эпоху своего существования, обыкновенно имеют довольно правильную круглую форму. Полутень, окружающая кольцом ядро, не составляет постепенного перехода от светлой фотосферы к темному ядру - она ярче около тени, темнее около края фотосферы, и это нельзя отнести к явлениям контраста. Строение полутени обыкновенно волокнистое. Как будто те же гранулы, которые в фотосфере расположены "столбиками" и видимы сверху, здесь, вытянутые через полутень, расположены реже, но видны во всю длину. Иногда полутень представляет вихреобразное, спиральное строение. В некоторых случаях подмечено несомненное вращение всего пятна. Спектр пятен - видоизмененный спектр С.; в нем заметно значительное общее поглощение, многие Фраунгоферовы линии делаются гораздо шире и темнее, некоторые из них бывают обращены - прорезаны тонкими блестящими линиями. Характерным признаком спектра факелов служат линии H и К (кальция) исключительной напряженности (подробнее об этих спектрах - см. Спектральный анализ). Пользуясь химической силой этих лучей, Деландру и Хэлю удалось проследить и фотографировать факелы посреди диска С. Для сравнения методов наблюдения факелов, см. табл. I, где помещены отпечатки с двух одновременных снимков С.

СОЛНЦЕ I. (из БЭСБЕ)
1 и 2. Одновременные снимки Солнца - простой фотографический и спектрографический в линии H спектра. 10 апреля 1894 г. Деландр в Париже. 3. Фотографии группы солнечных пятен. 22 июня 1885 г. Жансен в Медоне.

На простом фотографическом (темные линии - крест нитей в фокусе трубы) видны лишь немногие факелы около краев диска (см. выше); между тем как на спектральном (получен в линии К) факелы обильны в обеих "царских" зонах (поперечные линии на снимке зависят от сотрясений спектрографа). Пятно на спектральном снимке почти закрыто факелами. Пятна часто располагаются группами (см. фиг. 3 табл. I). Общая полутень окружает иногда несколько ядер. Из них самое большое, "голова", идет вперед по направлению вращения С. (см. ниже), меньшие ядра следуют за ним. Пятна достигают иногда громадных размеров - Земля поместилась бы свободно в любом из небольших пятен. Известны в истории случаи, когда пятна могли быть видимы просто глазом. За последнее время большие пятна наблюдались в 1858 г. (пятно имело 230000 км в диаметре, т. е. 19 раз диаметр Земли; занимало 1/36 всей поверхности С.), затем в 1871 и 1893 годах. Иногда пятно сохраняется в течение многих оборотов С. (известен случай 18-месячной жизни пятна), иногда оно зарождается, развивается и тухнет в несколько дней. Пятна подвержены постоянным переменам; при круглой, самой устойчивой форме в течение дня можно заметить перемены; большие же сложные пятна иногда в два, три дня меняются до неузнаваемости. Помимо общих законов вращения солнечной поверхности (см. ниже), пятнам свойственны индивидуальные передвижения. Всякий раз, когда в пятне происходят быстрые перемены строения, оно "скачет" вперед; тогда-то главное ядро оставляет за собой мелкие спутники. Замечены были деления ядра на части светлыми линиями, "мостами" (см. фиг. 3 табл. I), которые почти внезапно перекидываются с одного края пятна на другой; точно узкие потоки светлой материи вливаются в пятно (Секки, Петерс); чаще мелкие ядра образуются на фоне широкой полутени. Секки замечал над тенью пятна легкие пурпуровые облака, быть может связанные с выступами хромосферы (см. ниже). Перед образованием пятна, это место поверхности С. кишит факелами. При затухании, края пятна сходятся, светлая фотосфера "заливает" его, остаются на этом месте лишь факелы, которые в свою очередь тухнут. Иногда, впрочем, на одном и том же месте среди тех же факелов образуются последовательно несколько пятен. Замечена небольшая разница в виде и движении пятен южного и северного полушарий (Целльнер). Вильсон первый (1769) указал, что пятно, приближаясь к краю диска С., обыкновенно суживается раньше со стороны, обращенной к центру диска; полутень постепенно пропадает с этой стороны, затем скрывается ядро пятна, совершенно, как если бы пятна были воронкообразные углубления, а полутень - стенка этой воронки. Кассини подметил даже выемку на краю диска С., как раз когда пятно приходилось на нем. То же наблюдение повторили Секки, Делярю и др. Впрочем, окружающие пятно факелы искажают этот эффект, и можно видеть даже возвышение над краем С. Здесь играет также большую роль рефракция лучей в оболочках С. Несмотря на различные возражения, взгляд Вильсона сохраняется до сих пор в науке, а спектральный анализ, можно считать, его подтверждает.

Вращение Солнца[править]

Первые же наблюдатели заметили, что пятна скользят по диску С.; они объяснили это вращением С. Пятна появляются на вост. краю диска С., проходят через весь диск и исчезают на западном краю, чтобы снова (при достаточной длине жизни пятна) появиться на восточном. Ось вращения С. наклонена к плоскости эклиптики под 83°3'; долгота восходящего узла экватора С. равна 74°37' Средняя величина оборота С. - 2 5,234 дней. Эти числа - результат Шперера из совокупности наблюдений за 1861-68 гг. Точка поверхности С. под экватором движется со скоростью 2 км в секунду. Направление оси С. совпадает для нас с линией NS 4 января и 6 июля. Около 5 июня и 7 декабря Земля проходит через узлы солнечного экватора, и тогда пятна движутся для нас по прямым линиям. Видимая поверхность С. не вращается вся целиком, ее экваториальная область перегоняет остальные, движется с большей угловой скоростью. Пятна вблизи экватора заканчивают полное обращение в 25,1 дней; пятна под 30° широты лишь в 26,5 дней; несомненно, что полярные области фотосферы вращаются еще медленнее. Были предложены различные эмпирические формулы для изображения скорости пятен в зависимости от их положения на С. Называя ξ - суточное движение пятен по гелиоцентрической долготе, а φ - гелиоцентрическую широту пятна, Шперер представил свои наблюдения формулой

ξ = 8°.55 + 5°.80 Cos φ;

Фай дал формулу

ξ = 14°.37-3°.11 Sin2 φ

По подобному же закону вращаются и другие оболочки С. Дунер из смещения Фраунгоферовых линий вывел для "обращающего слоя" (который вызывает эти линии):

ξ = 14°.10-4°.53 Sin2 φ

Дунер наблюдал смещения линий по всему краю диска С., и его результаты особенно важны тем, что законы вращения распространены им на полярные области, а не ограничены только царскими зонами. Он дал следующую таблицу вращения поверхности С. под различными широтами:

Широты Время оборота
25 Д.46
15 26 Д.35
30 27 Д.57
45 30 Д.03
60 33 Д.90
75 38 Д.54

Стратонов показал, что и факелы под экватором движутся быстрее. Здесь они имеют суточную скорость 14°.62, между тем под широтами 30-40° только 13°.61. Из сравнения всех результатов следует, что оболочка, несущая факелы, вращается быстрее фотосферы, а эта последняя быстрее обращающего слоя. Тот же закон распределения скоростей сохраняет силу, вероятно, для внутренних масс С. Формулы Шпёрера и Фая отчасти подтверждены теоретически. Задача о вращении всего С., как жидкого или газообразного шара, решалась при различных предположениях о внутреннем трении, о распределении плотностей и температуры (Гарцер, Вильсинг, Вильчинский). Жуковский, принимая внутреннее трение пропорциональным линейной скорости, вывел, что, если только угловые скорости частиц изменяются от центра шара к поверхности, то в обоих полушариях вращающейся жидкой сферы симметрично должны развиться встречные течения от полюсов к экватору и обратно, одно внутри массы, другое на ее поверхности. - Сделаны попытки найти период вращения С. из колебаний температуры и магнитных явлений на Земле. Так, Бюи-Балло, разбирая длинный ряд записей термометров, нашел намеки на период в 25,73 дней. Горинштейн из колебаний магнитной стрелки вывел 24,55 дней. Полярные сияния (Видер) носят следы периода в 25,38 дней. Будь эти косвенные определения вращения С. надежнее, они имели бы большую цену - они могут дать указания не на период вращения одной оболочки С. (как пятна, факелы, смещение спектральных линий), но на период вращения внутренних слоев, всей массы С.

Периодичность пятен[править]

В 1851 г. Швабе открыл, что число солнечных пятен подлежит правильному периодическому колебанию; он вывел период около 10 лет. В то же время перемещается на С. и область появления пятен. Пятна начинают зарождаться под довольно высокими широтами (35-40°) обоих полушарий, затем они постепенно увеличиваются в числе, а пятнообразовательная деятельность переходит под меньше широты все ближе к экватору; когда она подойдет к 10-5° широты, пятна снова быстро уменьшаются в размерах и числе. Не успеет такая волна деятельности С. затихнуть под экватором, как новая волна возбуждается под широтами 30-40° обоих полушарий. Каждая волна занимает 12-14 лет. Последовательные волны налегают друг на друга, и потому максимумы всего числа пятен следуют один за другим уже через 11,1 лет. Этот промежуток, который и называется периодом солнечных пятен, колеблется в довольно широких пределах: между соседними максимумами иногда проходит только 9 лет, иногда 13; быть может, он искажается еще второстепенным циклом в 55-60 лет. В то время, как пояса образования пятен сходятся к экватору, каждое пятно в отдельности удаляется от него в среднем по 0°.01 в сутки. Это движение пятен по широте маскируется несравненно большими индивидуальными скачками (см. выше) и могло быть выведено лишь из очень большого числа наблюдений. Наиболее важные работы по наблюдению пятен принадлежат Секки; по определению их периодов - Шпереру, Вольфу, Каррингтону. Шперер открыл волны солнечной деятельности. Вольф разыскал в старых рукописях и анналах эпохи наибольшего числа пятен, эпохи потускнения С., и установил 11 1/9 лет как среднюю величину для периода. Относительные числа (Relativ Zahlen), введенные этими учеными, - несколько условно составленные отношения сумм площадей пятен, видимых в данный момент, к полной поверхности С. Эти числа и положены в основание новейших изысканий о периодах. Деятельность С. разгорается гораздо быстрее, чем тухнет: максимум пятен следует уже через 4 года после минимума. В настоящем 1900 г. переживаем минимум пятен. Ближайшие максимумы наступят в 1904, 1 9 15, 1926 гг., минимумы в 1911, 1922 гг. Если изобразить число пятен кривой линией, ее быстрый подъем и отлогий спуск при каждой волне напоминает изменения яркости некоторых переменных звезд (типа о Ceti). Причина передвижений пятен (а может быть также их периодичности) кроется в законе вращения С.; Белопольский, пользуясь результатами Жуковского, объясняет перемещения области образования пятен (причина которого лежит в больших глубинах) внутренним течением от полюсов к экватору, а движения отдельных пятен - обратными поверхностными течениями.

Связь явлений на Солнце с земным магнетизмом[править]

Периодичность пятен (да и самые пятна) имеет несомненную связь с земным магнетизмом. Ламон в 1850 г. заметил, что размахи суточных колебаний склонения магнитной стрелки имеют 10-летний период. Когда Швабе опубликовал свои результаты о периодичности пятен, стало очевидно, что оба явления изменяются совершенно параллельно; период Ламона был увеличен до 11 1/9 лет. Вольф вывел следующую эмпирическую формулу, связывающую относительное число пятен (R) с суточными изменениями (Δ) склонения:

Δ = α + 0045R

где α - постоянная величина для данного места на Земле; напр. для Лондона 6'.96; для Берлина 6'.64; для Христиании 4'62. Тот же период имеют и другие проявления магнетизма. Каждые 11 лет магнитные бури и полярные сияния наступают чаще и сильнее. Усиленная деятельность магнитных явлений совпадает с максимумами солнечных пятен. Невозможно решить, зависят ли магнитные явления на Земле от пульсации деятельности С., или же и то и другое - проявления общей причины, космических волн, распространяющихся через всю солнечную систему. - Земной магнетизм отзывается на отдельные возмущения на солнечной поверхности. Магнитные бури совпадают с образованием больших извержений и пятен. Напр., по наблюдению Юнга в 1872 г. несколько особенно бурных "пароксизмов" в жизни большого пятна, когда многие линии в его спектре были обращены, совпали по времени с исключительными колебаниями магнитной стрелки. Другое известное наблюдение одновременно сделано Каррингтоном в Лондоне и Ходгсоном в Мадрасе, 1 сентября 1859 г. Они заметили, как две ослепительные массы отделились от края большого пятна и устремились внутрь его. По мере приближения к центру пятна они слабели и, наконец, исчезли. В это время каждый день наблюдались весьма сильные полярные сияния, телеграфные линии должны были прекратить работу вследствие земных токов. Несмотря на многие замечательные совпадения, здесь нельзя еще провести общего закона; часто новые извержения на Солнце не имеют ответа в магнитной жизни Земли. Не решен еще также много раз поднимавшийся вопрос, посылает ли С. больше или меньше тепла при обилии пятен. Прежние наблюдатели (Секки и др.) неизменно считали, что тень и полутень излучает меньше тепла, чем окружающая фотосфера; теперь (Фрост) известны случаи, когда, по-видимому, пятна были горячее. Вероятно, однако, сами по себе в общем пятна холоднее фотосферы, но они - показатели усиленной деятельности С., а более яркие, горячие факелы и другие извержения с излишком покрывают слабую радиацию пятен, и С. горячее при обилии пятен. Работы, имевшие целью проследить в земных температурах 11-летний период, привели к самым разнообразным и ненадежным выводам. Были попытки связать число пятен с ураганами и дождями на Земле, затем с ценами на хлеб, с колебаниями мировой торговли и даже с уловом сельдей. Нельзя считать эти сопоставления лишенными основания. С. обуславливает все явления земной жизни и колебания их должны быть связаны с деятельностью центрального светила; но, конечно, связь эта весьма сложная, и трудно надеяться выразить ее простой зависимостью от одной какой-либо стороны проявления энергии С.

Хромосфера и выступы[править]

Выше фотосферы, пятен и факелов лежит оболочка карминового цвета; из нее исходят, как языки пламени, такого же цвета выступы (протуберанцы) весьма разнообразной формы, состоящие из раскаленных газов, главным образом из водорода. Эта оболочка названа хромосферой (цветной). Она заметна глазу только при полном затмении С. в виде кольца около темного диска Луны, в остальное же время хромосфера и выступы совершенно затмеваются блеском фотосферы. Подробнее см.Хромосфера Солнца

Корона Солнца[править]

СОЛНЦЕ II (из БЭСБЕ).
1. Фотография короны 1 января 1889 г. Бернард в Калифорнии (негативный отпечаток). 2. Фотография короны 16 апреля 1893 г. Шеберле в Чили (негативный отпечаток). 3. Последовательные фотографии в линии Н спектра одного и того же выстпа 25 марта 1895 г. Хэль в Чикаго. 4. Фотография короны 8 августа 1896 г. Костинский на Новой Земле.

Внешняя оболочка С., в нижних слоях которой плавают выступы, называется короной. Она видна исключительно во время полных солнечных затмений; тогда она имеет вид кольца шириной в 2-3 угловых минуты со светлыми "снопами" отдельных лучей, тянущихся на громадное расстояние (иногда несколько диам. С.). Дошли известия (Плутарх), что светлые выступы около затмившегося С. наблюдались еще в древности. В 1567 корона была так ярка, что сочли затмение неполным. Но только за последние 40 лет собраны кое-какие сведения о короне. Долгое время сомневались, принадлежит ли корона самому С.; ее считали простым оптическим обманом, световым явлением в нашей атмосфере. Мнение это основывалось на несогласии рисунков, изготовленных в одно и то же затмение различными наблюдателями. Торопливо сделанные наброски слишком зависят от восприимчивости глаза наблюдателя и от случайных впечатлений. Лишь фотография установила неизменность короны для всех мест наблюдения затмения и ее солнечное происхождение. Один из лучших снимков сделан Шеберле в Чили в 1893 г. Снимок экспонирован коротко, на нем видна лишь внутренняя яркая часть короны, но она чрезвычайно богата интересными деталями. Шеберле употребил весьма длиннофокусный (40 фут.) объектив. Тем же методом снята корона в 1896 г. экспедицией "Русс. Астр. Общ.", но результат еще не опубликован. Цвет короны и лучей - белый, иногда отмечались зеленоватый или желтоватый оттенки. Яркость ее оценивалась весьма разнообразно. Большинство наблюдателей, однако, согласно, что при свете короны можно читать не особенно мелкую печать. Яркость лучей несомненно непостоянна. Корона более ярка около экватора, чем при полюсах С. Корона и детали лучей всегда требуют нескольких снимков с различными экспозициями - так разнообразны их яркости. Лучи исходят, главным образом, около зон поверхности С., богатых пятнами; это указывает на несомненную связь лучей с другими извержениями на С. Лучи имеют линейчатое строение, как бы состоят из пучков кривых линий, сходящихся друг с другом на некотором расстоянии. Иногда такой сноп кончается острым длинным усом, иногда имеет форму лепестка. - Несмотря на все старания, корону еще никому не удалось видеть или фотографировать помимо затмения. Таким образом, она доступна для исследования лишь несколько часов в столетие, что объясняет скудость, иногда - противоречивость сведений. Вид короны меняется от затмения до затмения. Он зависит от деятельности С. В эпоху максимума пятен корона имеет "взъерошенный" вид; если лучи и берут начало в зонах пятен, они так обильно и разнообразно выброшены, что кажутся вследствие перспективы перепутанными по всем направлениям; невозможно бывает определить по рисунку положение экватора и полюсов С. В эпоху между максимумом и минимумом корона становится спокойнее, лучи все более группируются около зон пятен; корона принимает в главных чертах четырехугольную форму. Наконец, при минимуме пятен лучи длинные и параллельные расположены попарно около экватора С.; на полюсах же явственно выступают веера или кисти слабых кривых лучей, в иное время маскированных энергичными длинными лучами. Ср. фиг. 1, 2, 4 таблицы II. Затмение 1896 г. пришлось через три года после максимума. Корона 28 мая 1900 г. оказалась совершенно подходящей к типу минимума. Отдельные лучи изредка расположены почти касательно к диску. Спектр короны сплошной - без темных Фраунгоферовых линий, в нем видны лишь несколько светлых линий. Большинство их, и в том числе самая яркая, в зеленом цвете, не найдено в спектре никакого химического элемента на Земле. Это неизвестное вещество названо коронием. Вероятно, короний - газ, во много раз легче гелия и водорода. Зеленая линия корония ошибочно была сопоставлена с одной из линий хромосферы, а также линией спектра северных сияний. Установлено теперь, что эти три линии различны. Другие светлые линии принадлежат водороду и гелию. Весьма трудно чисто отделить спектр короны от спектра выступов. Линии корония становятся слабее во время минимумов пятен. Корона состоит, вероятно, из мельчайших твердых частиц метеорной пыли, плавающей в чрезвычайно редкой атмосфере корония; эти частицы не столько отражают свет С., сколько светятся сами, будучи накалены непосредственной тепловой радиацией С.; это объясняет (Ю. Шейнер) отсутствие Фраунгоферовых линий. Видимую фигуру короны обуславливают именно эти частицы, а не атмосфера корония, потому-то яркость линии корония не зависит от яркости лучей короны (эту линию дают даже сравнительно темные пространства между лучами), а все попытки спектрографировать корону остались бесплодными. - Мы видим корону только в разрезе; ее лучи - лишь перспективное изображение светлых коноидальных поверхностей, охватывающих С. К эпохе минимума эти конусы все более и более сплющиваются. Это несомненно связано с вращением короны. По-видимому (Белопольский), в атмосферу корония периодически извергаются по различным направлениям твердые мельчайшие частицы. Вследствие вращения они мало-помалу размещаются в плоскостях, параллельных экватору С. Новое извержение нарушает правильный вид короны. Попытки спектрально определить скорость вращения короны (см. Спектральный анализ) еще не дали хорошего результата. С вопросом о размерах короны близко связан вопрос о сущности зодиакального света. Многие астрономы склонны видеть в этом последнем явлении внешние, неимоверно разреженные оболочки атмосферы С., простирающиеся до орбиты Земли и далее. Такая атмосфера должна оказывать сопротивление телам, обращающимся вокруг Солнца. В ее трении хотели видеть причину необъясненного еще движения перигелия Меркурия (см. Перигелий), но это трение, несомненно, ничтожно мало. Кометы 1880 и 1882 гг. пролетели около С. так близко, что неизбежно должны были погружаться в самые нижние слои короны, и тем не менее орбиты их остались ничуть не измененными; форма хвостов комет сохранилась та же самая. Пылеобразное строение как короны, так и кометы единственно может несколько объяснить этот факт. Неоднократно указывалось на сходство корональных форм и хвостов комет; быть может (Бредихин), лучи короны, подобно хвостам комет, обязаны своим происхождением какой-то отталкивательной силе, исходящей из С.

Гипотеза Секки-Юнга о строении Солнца[править]

Нет еще ни одной гипотезы, которая сколько-нибудь объясняла бы строение С. и явления, замеченные на нем. Это происходит не столько от недостатка наблюдений, сколько от несоизмеримости процессов на С. с земными. Невозможно уяснить себе, и тем более повторить на опыте, те условия давления, температуры, напряжения электромагнитных сил, в которых находится вещество на С. Теперь, пожалуй, можно считать наиболее удовлетворительными следующие взгляды Секки (вторая его гипотеза), несколько измененные Юнгом. С. - газообразное тело; его внутренность состоит из паров различных химических элементов. Температура так высока, что они находятся в состоянии диссоциации (не могут вступить в химические соединения). Вследствие давления эти пары и газы имеют громадную плотность - совершенно отличны от нашего обычного понятия о газах - они похожи скорей на вязкое тело вроде смолы. И все-таки они не могут перейти в жидкость: температура, господствующая на С., выше критических температур всех паров. Эта вязкая масса сохраняет главные отличительные черты газов: объем ее обратно пропорционален давлению; она непрерывно расширяется при повышении температуры (не имеет точки кипения); закон диффузии газов сохраняет для нее свою силу. Ближе к поверхности С. давление слабеет, газы теряют свою плотность. Вследствие лучеиспускания температура здесь понижается, пары начинают сгущаться в туманы, в капельно-жидкие облака. Вещество в газообразном перегретом состоянии светится слабо; сгущаясь в капли тумана, оно дает ослепительный блеск. Первыми, ближе к центру, осаждаются тяжелые металлы; это объясняет их кажущееся отсутствие на С., отсутствие соответственных Фраунгоферовых линий. При образовании металлических туманов - фотосферы С. - выделяется новый запас тепла, часть тумана снова обращается в газ, снова наступает охлаждение; весь процесс идет весьма бурно. Капельно-жидкие туманы ниспадают дождем обратно в низшие слои, давят на них. Более постоянные пары и газы с силой прорываются (все еще в состоянии диссоциации) сквозь слои уже осажденных туманов, рвут их на части (крупинки фотосферы). Чем быстрее местное охлаждение и чем энергичнее образование светящихся облаков фотосферы, тем с большей силой, на большую высоту, поднимаются газовые извержения. Хлопья фотосферы состоят из различных веществ, каждое сгустилось там, где нашло подходящие условия давления и температуры. Крупинки фотосферы носятся среди газов почти того же состава, еще не сгустившихся в жидкость. Эта атмосфера, частью между крупинками, частью чуть-чуть выше их, производит Фраунгоферовы линии; это - "обращающий слой" (см. Спектральный анализ), который был замечен при затмениях. Некоторым наблюдателям удавалось уловить момент, после исчезновения фотосферы и снова перед самым ее появлением, когда все Фраунгоферовы линии обращались, становились яркими; в щель спектроскопа виден тогда слой раскаленных газов, омывающих крупинки фотосферы. Чем постояннее пар, тем дальше вырывается он. Эти пары, перегретые внутри С., сохраняют некоторое время еще температуру выше окружающей атмосферы и потому дают местные обращения темных линий. Пары многих металлов, особенно кальция, выливаются на поверхности обращающего слоя - мы видим их как факелы. Другие, вырываясь с большей энергией, образуют выступы. Пятна солнечные появляются там, где обильны извержения, они - следствие различных извержений. Пятна "убирают" все продукты извержений; по выражению Юнга, они служат сточными трубами фотосферы. Металлические пары подымаются, благодаря скорости извержения, на громадную высоту, где давление уже сравнительно ничтожно. Здесь они быстро охлаждаются, но не переходят в жидкость, тускнеют и падают обратно все еще в газообразном состоянии (спектр поглощения состоит из отдельных линий). Слой туманов фотосферы легко изгибается: там, где извергаются газы, он приподнят, по соседству же для равновесия, в силу уменьшения давления изнутри, должны образоваться впадины. В эти-то впадины, неизменно сопутствующие извержениям, собираются их охлажденные продукты; впадины темнеют, мы видим солнечные пятна. Чем энергичнее, дольше извержение, чем разнообразнее состав его, тем резче пятно. "Поверхностные пятна расширяют только одну линию D натрия; пятна средней глубины расширяют линии кальция; наконец, в спектрах очень темных пятен расширены и линии железа, но менее, чем линии кальция. Другие линии более тяжелых металлов, занимающих более глубокие части пятен, не расширены вовсе... В пятне пары металлов расположены слоями" (Секки). Газовые извержения светятся слабо, для глаза мало заметны; пятно просвечивает сквозь них и кажется главным, преобладающим явлением. На спектрографических же снимках пятна почти заслонены могучими извержениями.

Обзор других гипотез[править]

Из прежних гипотез, предложенных до открытия спектрального анализа, наиболее распространена была гипотеза Гершеля. Основываясь на результатах Вильсона и других, видевших в пятнах впадины, Гершель решил, что Солнце состоит из темного, холодного ядра, окруженного двумя оболочками. Внешняя раскаленная и ослепительно яркая, и внутренняя - мало прозрачная, предназначенная специально для предохранения жителей С. (а таковые, по взглядам Гершеля, должны непременно существовать) от ужасного жара и света первой оболочки. Пятна - разрывы в этих оболочках, и назначены, чтобы сквозь них жители С. могли созерцать вселенную. Эта примитивная теория, державшаяся в науке чуть не столетие, была окончательно опровергнута спектральным анализом. Правда, она геометрически объясняет пятна, а даже этого нельзя сказать про другие гипотезы XVIII столетия. Так, Лаланд видел в пятнах вершины солнечных гор, омываемых огненным океаном. Случайное совпадение двух-трех комет с минимумом пятен заставило Т. Майера предположить, что пятна не что иное, как нагар С., улетающий по временам в виде кометы, причем С. разгорается как свеча, с которой "сняли". - Совершенно иной характер имеют новейшие гипотезы Цёлнера, Фая, основанные на спектральных наблюдениях. Если в общем они менее удовлетворительны, чем вышеизложенная гипотеза Секки, то некоторые частности явления пятен они объясняют пожалуй даже лучше. Цёлнер развивает взгляды, высказанные Кирхгофом; он считает С. жидкой, расплавленной массой, а пятна - шлаками, плавающими на ней. Совершенно аналогично земным процессам, там где атмосфера С. чище, спокойнее - охлаждение сильнее и осадки быстрее сгущаются; как у нас садится иней, идет дождь, так на С. собираются охлажденный твердые и жидкие мельчайшие частицы металлов - образуются пятна. Они вызывают, в свою очередь, бурные течения в атмосфере - извержения. Пятна препятствуют лучеиспусканию в пространство: температура снова повышается, и пятно тает. Пятна чаще в тех областях, где атмосфера прозрачнее и чище. Шлакообразные осадки не находятся непременно над уровнем фотосферы, они могут частью вытеснять жидкую массу; с другой стороны, наблюдения, рисующие пятна как глубокие впадины, дают еще место сомнениям и возражениям. Гораздо менее удачны идеи Цёлнера о С., как о жидком шаре, а также о пылеобразных осадках (спектр указывает на газ). - Фай видит в пятнах вихри, произошедшие от встречи двух соседних слоев фотосферы, одаренных различными скоростями. Пятна совершенно подобны земным смерчам и ураганам, в меньшем размере - водоворотам. Стенки воронки вихря мы видим под очень острым углом - полутень пятна. Впрочем, вихрь втягивает в себя сверху более холодные темные облака, а они заслоняют внутренние части пятна. Пятно наполнено, таким образом, холодными, стремящимися вниз, газами, что совершенно отвечает спектральным наблюдениям. Хорошо объясняется и струйчатое строение полутени некоторых пятен; однако, пятна совершенно не обнаруживают общего закона вращения циклонов, который необходим по гипотезе Фая. Увлеченные тем или другим отдельным явлением, авторы гипотез и пригоняют к нему свои идеи, а общее строение, жизнь С. остается необъяснимой. Кое-как еще справляются с видимыми деталями пятен, факелов, но многие спектральные явления, и даже самые резкие, самые рельефные, еще не поддаются объяснению. Здесь недостаточно даже смелой гипотезы Локьера о разложении химических элементов на простейшие, о нескольких системах спектральных линий, принадлежащих все одному и тому же химическому элементу (см. Спектральный анализ). В то время, как одни из линий элемента видны, другие - незаметны; одни линии смещены и указывают на громадные скорости, другие линии того же самого элемента остаются неподвижными. Из других фактов стоит указать на удивительное, повсеместное на С., напряжение линий Н и К, которые считают принадлежащими кальцию. Каким образом этот элемент пронизывает все оболочки и располагается в таком количестве выше оболочек водорода, газа несравненно легчайшего, что линии H и К далеко преобладают над линиями водорода? Почти можно сказать, что до последнего времени, чем разностороннее прилагались методы исследования, тем новее и удивительнее открывались явления на С., тем непонятнее становилась жизнь С.

См. также[править]

Литература[править]

Сочинения общего содержания: классическая работа Secchi, "Le Soleil" 1870); Young, "The Sun" (русский перевод Малиса, где помещены все позднейшие добавления автора); Faye, "Sur la constitution physique du Soleil" ("Annuaire du bureau des longitudes", 1873-74); Gruillemin, "Le Soleil"; Proctor, "The Sun, rul e r, light, fire and life of the planetary system". Все названные сочинения написаны общедоступно. Систематические наблюдения различных явлений на С.: Sp örer, "Beobachtungen der Sonnenflecken"; Carrington, "Observations of the spots on the sun... made at Red hill; тома за различные годы: "Publicationen des Astrophysicalischen Observatoriums zu Potsdam"; "Memorie della Societa degli Spettroscopisti Italiani" (наблюдения выступов); "Annales de l'observatoire de Moscou"; "Annales de l'observatoire de Meudon"; "G r eenwich spectroscopic and photographic results". Из громадного числа работ, касающихся отдельных вопросов, следует указать: Z öllner, "Ueber das Rotationsgesetz der Sonne und der grossen Planeten" ("Ber. d. Sächs. Gesel", 1871); Duner, "Recherches sur la ro tation du Soleil" (1891); R. Wolf, статьи о периодичности пятен в "Vierteljahrschrift d. Gesel. in Z ü rich"; Белопольский, "Пятна на Солнце и их движение" (1886); Auwers, "Ueber die angebliche Ver änderlichkeit des Sonnendurchmessers" (Monatsber. d. Akad. in Berlin", 1873); Spörer, "Ueber Strahlenbrechung in der Sonnenatmosphä re" ("Ast. Nach.", 1876); Lockyer, "Chemistry of the Sun" (1887); статьи Faye o строении С. в "Comptes Rendus" за различные годы; Белопольский, "Die totale Sonnenfinsterniss am 9 August 1896" ("Известия Акад. Наук", 1897); Ranyard, "Observations made during total solar eclipses, collated" ("Mem. Ast. Soc.", 1879); Ганский, "Ueber die Corona und den Zusammenhang etc." ("Известия Акад. Наук", 1897); Vogel, "Ueber die Absorption... in der A tmosphäre der Sonne" ("Ber. d. Sächs. Gesel." 1872); Pouillet, "Mé moire sur la chaleur solaire" ("Comptes Rendus", 1838); Hahn, "Ueber die Beziehungen der Sonnenfleckenperiode zu meteorologische Erscheinungen" (1877). О новейших спектральных исследованиях - см. статьи различных авторов в американском "Astronomy and Astrophysics", с 1895 г. переименованном в "Astrophystcal Journal"; ср. также литературные указания при статье Спектральный анализ.


Статья из Энциклопедического словаря Брокгауза и Ефрона


Эта статья подлежит модернизации и корректировке!

Если Вы заметили неточность — Вы можете исправить её с помощью ссылки редактировать на этой странице.
Статью можно улучшить?
✍ Редактировать 💸 Спонсировать улучшение 🔔 Подписаться на обновления

Только ваши пожертвования и спонсорская поддержка позволяют Викизнанию жить и развиваться!