Загадки солнечных пятен

Солнечные пятна интересовали людей всегда. В древних летописях нередко встречались упоминания о наблюдениях пятен на Солнце. В Древней Руси сквозь дым лесных пожаров люди видели на Солнце "темные пятна, аки гвозди". Они боялись этих пятен, считая их дурным предзнаменованием. И действительно, возникновение и исчезновение солнечных пятен имеет большое значение и для жизни на Земле, и, возможно, для процессов в земной атмосфере. Солнце меняет состояние магнитосферы и атмосферы Земли. Магнитные поля и потоки частиц, которые идут от солнечных пятен, достигают Земли и влияют прежде всего на мозг, сердечно-сосудистую и кровеносную системы человека. А в 1915 году Александр Чижевский сделал вывод, что солнечная активность влияет на экстремальные земные события – эпидемии, войны, революции...

Солнечные пятна были открыты с появлением первых телескопов в начале XVII века Шейнером и Галилеем. Шейнер, хотя и наблюдал пятна раньше Галилея, не понял их природы и не опубликовал сведения о своем открытии, поэтому приоритет тут принадлежит Галилею. Правда, по некоторым сведениям, наблюдал солнечное пятно и греческий философ Анаксагор в 467 до н.э. Но в то время господствовала Аристотелева космология, которая предполагала, что небеса совершенны и неизменны. Пятно, которое приходит и уходит, означало бы, что есть изменения и на небесах.

Ученые говорят, что в возникновении темных пятен на светиле нет ничего необычного. Солнце представляет собой огромный бурлящий котел плазмы, причем внутри оно горячее, а снаружи – холоднее. Из-за этого перепада температур возникают конвекционные потоки: остывшие массы идут вглубь, а на их место поднимаются более горячие. Этому процессу мешает сильное магнитное поле Солнца. Оказывается, что магнитные вихри могут локально приостановить конвекцию, не дать остывшим массам опуститься. В результате эта область на солнечной поверхности будет холоднее окружающих – и поэтому будет выглядеть темнее. Это и есть темное пятно. Развитое пятно состоит из темного овала – так называемой тени пятна, – окруженного более светлой волокнистой паутиной. Типичное пятно имеет площадь около 350·10-6 площади видимой полусферы Солнца, диаметр тени – около 17,5 тыс. км, полутени – около 37 тыс. км.

Продолжительность существования темных пятен – от нескольких дней до недели и более. Иногда они настолько велики, что могут быть видны невооруженным глазом (солнечные пятна могут быть больше в диаметре, чем Земля). И хотя прямые наблюдения Солнца при чистом небе невозможны, пятна видны, когда Солнце близко к горизонту или когда оно покрыто тонкой вуалью облаков или тумана. Число пятен на Солнце в разные годы различно. Для характеристики активности Солнца используют числа Вольфа, учитывающие количество одиночных пятен и групп пятен на Солнце. Ученые выяснили, что эти числа меняются с циклом приблизительно 11 лет. Поскольку магнитная полярность северного и южного полушария Солнца меняется каждые одиннадцать лет, полярность пятен в северном и южном полушарии меняется также каждые одиннадцать лет, и Солнце называют магнито-переменной звездой с циклом в 22 года. Наиболее вероятной гипотезой периодического повторения солнечной активности считают возмущения от планет-гигантов, которое смещает центр тяжести Солнечной системы. Но это далеко не единственная гипотеза. Наряду с 11-летним циклом солнечной активности выделяют еще вековой цикл его нарастания и убывания. По разным гипотезам, он может варьироваться. Есть данные в пользу 60-летнего и 86-летнего цикла.

Долгое время ученые не могли решить загадку долговечности солнечных пятен. По идее, пятна должны быстро распадаться, но, как уже было сказано, некоторые из них существуют неделями и месяцами. Теперь, похоже, специалисты выяснили, почему это происходит. Ученые из Стэндфордского университета и Годдардовского космического центра НАСА, используя интерферометр Майкельсона – Доплера Солнечной и гелиосферной обсерватории SOHO, смогли заглянуть под поверхность пятна и ясно увидели потоки вещества, направленные внутрь. По их словам, увиденное напоминает бурлящий водоворот или ураган. Мощные магнитные поля под пятнами препятствуют нормальному восходящему потоку энергии из внутренних областей Солнца. Именно поэтому пятна оказываются холоднее окружающей поверхности и выглядят на ее фоне более темными. Вещество над пятном, охлаждаясь, становится более плотным и, согласно новым наблюдениям, падает вниз со скоростью до 5000 километров в час. Это как бы прижимает плазму и магнитное поле к центру пятна. В результате возникает постоянный цикл, который остается стабильным, пока вокруг существует сильное магнитное поле. Кроме того, ученые установили, что солнечные пятна очень тонкие. И поскольку пятно не пропускает тепло вверх, нагреваются области непосредственно под ним. Уже на глубине 5000 км температура плазмы оказалась выше, чем у окружающего вещества – в противоположность тому, что наблюдается на поверхности. Холодный нисходящий поток распадается на той же глубине, на которой расходится горячий восходящий поток.

Вообще-то кроме солнечных пятен существуют и другие интересные явления, источник которых до сих пор не ясен. Например, пульсации солнечной поверхности с периодом от нескольких минут и более. Пульсации эти сказываются на ритмичном изменении интенсивности солнечного излучения – в свечении его поверхности. Когда Солнце сжимается, светимость увеличивается. По предположению ученых, эти пульсации лежат в основе формирования планет за счет уплотнения межзвездного газа во время образования Солнечной системы. То есть ритмические пульсации Солнца могут отражаться в параметрах планетных орбит, которые тоже периодически изменяются. А это значит, что Солнечная система развивается по законам замкнутой системы с большим числом внутренних обратных связей, которые регулируют в ней все процессы. Получается, что солнечная активность влияет на планеты, а их движение в свою очередь регулирует саму солнечную активность.