Космос бесконечен. Но тот космос, о котором чаще всего мы говорим, — это околосолнечное пространство. Ученые его называют гелиосферой ("гелио"— Солнце). Это пространство принадлежит Солнцу потому, что оно его заполняет своей плазмой— потоками заряженных и нейтральных частиц. Собственно, это корона Солнца. Мы— дети Солнца и живем в короне Солнца. Все в нашей жизни зависит от Солнца.

Но Солнце является не только источником жизни, но и источником смерти. Собственно, жизнь в околосолнечном пространстве (гелиосфере) возможна только там, где магнитное поле защищает живые существа от солнечной радиации. Земля имеет магнитное поле, магнитную защиту, поэтому на ней и возникла жизнь. Луна магнитного поля не имеет и там нет жизни.

Магнитное поле защищает от одного вида солнечной радиации— заряженных частиц. Их движение направляется магнитным полем. Но имеется и другая солнечная радиация, губительная для жизни, — ультрафиолетовые и рентгеновские лучи. От них нас защищает атмосфера, в частности озонный слой. Разрушая его, мы подставляем себя под эту радиацию. А это причина раковых заболеваний, катаракт и многого другого. Таким образом, жизнь на Земле, в нашем земном доме, возможна потому, что он устроен по-особому, и, конечно, потому, что есть Солнце. Рассмотрим это подробнее.

Биологическая жизнь на Земле возникла примерно 0,5 млрд. лет назад. Это стало возможным прежде всего благодаря солнечному излучению. За все это время энергия излучения Солнца изменялась незначительно, не более чем в два раза. Если бы эти изменения были более существенными, они отразились бы на земных процессах настолько сильно, что последствия мы обнаружили бы даже в наше время по ископаемым остаткам.

Человек не мог не оценить роль Солнца в его жизни. Он поклонялся Солнцу, понимая, что от него зависит не только его благополучие, но и сама жизнь. И, конечно, он с тревогой ждал нового появления Солнца после его заката. Но древнего человека успокаивала мысль, что Солнце непременно появится снова, что в свое время Солнце поймали в ловушку и заставили исправно исполнять свои обязанности на небе. Так, в многочисленных легендах первобытных народов говорится о том, что до этого Солнце двигалось на небе произвольно.

Особенно тревожило исчезновение Солнца, которое, как мы понимаем, могло происходить во время солнечных затмений, плохой погоды или появления облаков пыли и вулканического пепла. Не понимая истинных причин исчезновения Солнца, наши предки связывали его с разными мотивами. В одних легендах Солнце похищают и заточают в тюрьму, в других — Солнце само исчезает умышленно, чтобы наказать людей за зло, которое они творят на Земле. В египетских легендах ночной путь Солнца представлялся очень драматичным— оно должно каждую ночь проплывать через пещеры внутри Земли, сражаясь с демонами и дикими чудовищами, которые каждый раз пытаются его задержать.

Люди, жившие вблизи полярного круга или за ним (например, эскимосы) , наблюдали Солнце или в течение целых суток, или большую их часть. Это было в полярный день. В полярную ночь Солнце надолго скрывалось от них. Они считали, что Солнце в полярный день просто плавает вокруг северного горизонта, и даже тогда, когда его не видно, находится не очень далеко. Об этом говорили северные сияния, которые, по мнению эскимосов, представляли собой отражение солнечных лучей.

Но Солнцу не только поклонялись, за ним наблюдали, пытались понять законы, которым оно подчиняется. Так, древние вавилоняне и халдеи производили многочисленные наблюдения, определяли положение звезд, движение Солнца и планет. Уже с 747 г. до н. э. они составляли таблицы лунных и солнечных затмений. Возможно, они даже могли предсказывать время наступления затмений.

Позднее древние греки пошли значительно дальше, около 434 г. до н. э. Анаксагор высказал мысль, что Солнце представляет собой массу раскаленного камня. За это он был изгнан из Афин. Фалес Милетский предсказал солнечное затмение еще в VI в. до н. э. Он знал, что Луна имеет шарообразную форму, а лунный свет не что иное, как отраженный солнечный свет. Продолжатель Фалеса Пифагор и его ученики разработали модель Солнечной системы, в которой Земля и другие планеты двигались вокруг некоторого центрального тела, которое, правда, отождествлялось не с Солнцем (как это есть на самом деле), а с неким "центральным огнем", который остается невидимым. Но уже в III в. до н. э. Аристарх четко сформулировал, что все планеты, в том числе и Земля, движутся именно вокруг Солнца. Поразительно, что эта истина была повторно возвращена людям Коперником в 1543 г. Аристарх решил также вопрос, почему день сменяется ночью. Он понял, что это происходит вследствие вращения шарообразной Земли вокруг своей оси. Но отцом современной астрономии считают не Аристарха, а Гиппарха, жившего во II в. до н. э. Он измерил (естественно, приближенно) диаметр земного шара, расстояние до Луны и ее объем. Гиппарх объяснил истинную причину солнечных затмений. Он разработал метод определения расстояния до Солнца. Метод сам по себе был правильным, но достижимая точность измерений в то время была недостаточной, чтобы получить правильные величины. Расстояние от Земли до Солнца, определенное Гиппархом, оставалось без изменений вплоть до 1620 г. Последующие изменения этой величины были фактически произвольными. Так, Кеплер в 1620 г. увеличил данные Гип-пархом величины размеров Солнца и расстояния от Земли до Солнца в три раза. Никаких явных оснований для этого не было. После этого эти величины увеличивались столь же произвольно еще несколько раз. И только в 1672 г. астроном Кассини установил минимальное расстояние от Земли до Солнца. Эта величина была правильной. Она отличается от современной всего на 10%. Это было подтверждено наблюдениями за Венерой, когда она проходила по диску Солнца. Смысл этих наблюдений состоит в следующем.

Речь идет именно о Венере не случайно. Наблюдениями было установлено, что угол между лучом зрения на Солнце и на Венеру не превышает 45°. Из равнобедренного треугольника Земля— Венера — Солнце можно без труда установить, что его боковая сторона (то есть расстояние Земля — Венера или Венера — Солнце) равна 0, 7 расстояния от Земли до Солнца. Значит, если измерить расстояние от Земли до Венеры, то можно определить и расстояние от Земли до Солнца. Расстояние от Земли до Венеры можно определить так. Когда Венера находится точно между Землей и Солнцем, то мы ее "видим" на диске Солнца. В этом случае определить расстояние до Венеры можно точно так же, как определяют расстояние до объекта, находящегося на земле за каким-то непреодолимым препятствием (озером, рекой). Для этого из двух пунктов проводят измерения углов между лучом зрения на объект и линией, соединяющей точки наблюдения. Зная три элемента треугольника (основание и два прилегающих к нему угла), можно определить все другие его элементы, а значит, и истинное расстояние до объекта. Значит, чтобы определить расстояние до Венеры, надо вести наблюдения за ней из двух по возможности сильно удаленных пунктов. Чем больше эта удаленность, тем выше точность в измерении расстояния.

Зная точно одно расстояние (например, от Земли до Венеры), можно определить все остальные размеры Солнечной системы. Дело в том, что наблюдение углов позволяет составить точную схему системы. Остается только установить ее масштаб. А для этого достаточно знать точно одно расстояние. Удобное положение Венера занимает не часто. Это имело место в последнее время в 1874 и 1882 гг., и в ближайшем будущем это снова произойдет 8 июня 2004 г. и 6 июня 2012 г. Но в принципе, кроме Венеры, можно использовать и положение других планет, например Марса или астероида Эроса.

Почему Солнце светит?

Мы видим светящийся диск Солнца. Почему он светится? Тот свет, который мы видим, зарождается в центральной части Солнца, которую называют ядром. Там идут ядерные реакции, в которых ядра водорода преобразуются в ядра гелия. При этом излучаются кванты с очень высокой энергией. Такое излучение называют гамма-излучением.

Это гамма-излучение из ядра Солнца пробирается к его поверхности очень медленно. На своем пути оно встречает атомы, которые его поглощают. Но эти атомы тут же вновь излучают кванты. Но энергия их меньше энергии поглощенных квантов. Так на пути к поверхности Солнца кванты света многократно поглощаются и вновь переизлучаются. Поэтому они постепенно теряют свою энергию. Это значит, что частота излучения за время его выхода из ядра Солнца на его поверхность уменьшается. Когда излучение выходит наружу, оно становится видимым. Его мы и воспринимаем как Солнце.

Наблюдая с Земли Солнце, мы не видим, что видимый свет исходит не из поверхности, а из слоя определенной толщины. Этот слой называют фотосферой, то есть сферой света. Толщина фотосферы около 300 км.

Энергия из солнечного ядра к его поверхности переносится не только излучением. Имеется и другой способ передачи энергии от очень сильно нагретого слоя в недрах Солнца (несколько миллионов градусов) к относительно холодной его внешней части (всего 6000 градусов) . Один из маститых ученых-специалистов по Солнцу сказал, что в данном случае происходит то же, что и в накаленной сковородке с овсяной кашей. Говоря проще, происходит кипение. В сущности, происходит перемешивание, благодаря которому тепло переносится от более горячих областей к менее горячим. Ученые такое перемешивание называют конвекцией.

Под видимой поверхностью Солнца находится слой солнечного газа, который кипит. Эту зону называют зоной конвекции, перемешивания солнечного вещества. Собственно, это перемешивание можно частично наблюдать с помощью телескопов. Когда горячие струи солнечного газа поднимаются к солнечной поверхности, их верхушки видны как более яркие участки фотосферы. Они горячее, поэтому и ярче. Те газы, которые успели охладиться, более темные. Они опускаются вниз. Яркие области в фотосфере имеют размеры около 700 км. Их называют гранулами. Гранулы прямо на глазах возникают и в течение нескольких минут исчезают.

Солнце не ограничивается тем ярким диском, который мы видим. Во время солнечных затмений, когда свет солнечного диска не режет нам глаза, можно видеть свечение за пределами диска. Это говорит о том, что Солнце имеет свою атмосферу.

Самую нижнюю часть солнечной атмосферы назвали хромосферой, то есть окрашенной сферой. Причиной этого послужила красно-оранжевая окраска газа. Здесь преобладает водород, а он светится красным светом. Плотность газа здесь очень малая, в сотни раз меньше плотности воздуха вблизи поверхности Земли.

Красно-оранжевый цвет хромосферы придает ей очень экзотический вид. Если наблюдать хромосферу в телескоп, то можно увидеть картину, которую сравнивают с горящей прерией. Языки красного пламени то и дело взметаются над поверхностью. Чем выше в атмосфере, тем солнечный газ более подвижен.

Выше хромосферы находится корона Солнца. Она непостоянна. Плотность вещества в короне очень малая— в миллиарды раз меньше плотности воздуха вблизи Земли. Температура газа в короне достигает миллиона градусов.

Солнечные пятна

Поскольку фотосферу Солнца, то есть его видимую поверхность, человек мог наблюдать с Земли с самого начала своего существования, и без всяких приборов и инструментов, то неудивительно, что самые ранние сведения о Солнце— это сведения о фотосфере. На Солнце человек заметил пятна. Описания пятен на Солнце содержатся в древних китайских летописях, арабских и армянских хрониках, в русских летописях. Так, в Никоновской летописи за 1371—1372 гг. читаем: "...бысть знамение на Солнце, места черные на Солнце, аки гвозди... Сухомень бысть велика, и зной и жар много, яко устрашились и вострепетали людем, реки много пересохше, и озера и болота, леса и боры горяху, и земля горяше. И бысть страх и трепет на всех чеповецах, и бысть тогда дорогонь велика и глад великий по всей земле... " Теперь мы знаем на основании научных данных, что в это время был наиболее интенсивный период в активности Солнца за все время с 684 г. до н. э. и до наших дней. Но мы еще должны разобраться в том, что такое солнечная активность.

Солнечные пятна наблюдались далеко не всегда. Поэтому об этих редких событиях и записывали в хрониках и летописях. Правда, не только поэтому, а и потому, что эти периоды представлялись зловещими, они как будто предвещали большие беды, как это мы читаем в Никоновской летописи. Ясно, что без телескопов, невооруженным глазом люди могли наблюдать только выдающиеся образования на Солнце. Пятна меньших размеров оставались незамеченными .

Положение в корне изменилось с появлением первого телескопа (подзорной трубы). Наблюдения солнечных пятен в телескопы началось в начале XVII в. Их проводили практически одновременно итальянец Галилео Галилей, голландец Иоганн Фабрициус и немецкий профессор-иезуит Христофор Шейнер. Уже в 1611г. появилась отдельная книга о солнечных пятнах. Ее написал Иоганн Фабрициус. В этой книге сообщались очень важные факты. Оказалось, что пятно со временем смещается на видимом диске Солнца, оно постепенно сдвигается к западному краю диска и затем исчезает за ним. Через определенное время (примерно две недели) то же самое пятно появится снова, но на противоположном, восточном, краю диска. Значит, мы видим то же самое пятно Солнца потому, что само Солнце вращается. Так еще в начале XVII в. было установлено, что Солнце вращается вокруг своей оси.

Шейнер открыл солнечные пятна в 1611г., а Галилей— годом раньше. Но первым опубликовал свое открытие Фабрициус. Между учеными развернулся спор о природе солнечных пятен. Галилей и Фабрициус считали, что пятна представляет собой образования на самом Солнце. Шейнер отстаивал точку зрения, согласно которой пятно не что иное, как проекция планеты на солнечный диск. Некоторые современные исследователи считают, что точка зрения Шейнера определялась его должностью профессора-иезуита. Так ли это?

Разгадать природу солнечных пятен не удалось ни одному из трех ученых. Предстояло еще многие узнать о них путем многолетних наблюдений, прежде чем природа солнечных пятен стала проясняться. Шейнер проводил наблюдения солнечных пятен вплоть до 1627 г. и результаты своих наблюдений описал в объемном труде. Примерно в это же время (162 6 г.) включился в эту работу добровольно и самоотверженно скромный немецкий аптекарь Генрих Швабе. По современной терминологии, наблюдение за Солнцем было хобби Швабе. Ученые называют таких энтузиастов астрономами-любителями. Астрономия очень многим обязана им. Они на свои средства и без всякого за то вознаграждения дали науке очень много полезных (порой незаменимых) наблюдательных данных. Незаменимых потому, что велись эти наблюдения с поразительной настойчивостью и постоянством. Так, начиная с 1726 г. и до своей кончины Генрих Швабе независимо от своего самочувствия направлял свой телескоп на Солнце и вел в журналах детальные записи обо всем увиденном на солнечном диске.

Только после 17 лет наблюдений Г. Швабе решил опубликовать свои результаты. Они состояли в том, что количество пятен на Солнце меняется во времени. Мало того, оно меняется периодически. Так, примерно каждые 10 лет число солнечных пятен достигает максимальной величины, после чего в течение примерно пяти лет постепенно уменьшается, достигая самой малой величины. После этого минимума число пятен снова увеличивается (также на протяжении пяти лет) и достигает своего максимума.

Много лет результаты Швабе оставались незамеченными в ученом мире даже после их опубликования в 1743 г. Только благодаря знаменитому Александру Гумбольту эти результаты стали широко известными. Он описал их в своей книге "Космос", которая вышла в свет спустя 8 лет после публикации самого Г. Швабе. С этого момента начинается новый этап в изучении солнечной активности, который продолжается и в наше время. Он связан неизменно с именем Рудольфа Вольфа.

Р. Вольф был астрономом в Цюрихской обсерватории. Он заинтересовался наблюдениями Г. Швабе и открытой им цикличностью в изменении числа солнечных пятен. Дополнительно к этим данным он взял все другие данные наблюдений за солнечными пятнами, которые к тому времени уже имелись. Мало того, он изучил также описания солнечных пятен, которые имелись в различных хрониках. Результаты своего анализа Вольф обнародовал в 1892 г. Главный из них гласил, что число солнечных пятен на видимом диске Солнца меняется с периодом 11,1 года. Стало очевидным, что проблема не только интересна, но и важна. Став директором Цюрихской обсерватории, Р. Вольф организовал систематические наблюдения (официальные, а не любительские) за солнечными пятнами. Проблема оказалась действительно очень важной. Собственно, это можно было понять уже из того, что в летописях и хрониках периоды, когда на Солнце были видны огромные пятна, совпадали с разительными изменениями в привычном ритме Земли. В эти периоды были потрясающие засухи, землетрясения, извержения вулканов и другие бедствия. Они сопровождались различными эпидемиями и пандемиями, уносящими многие тысячи жизней.

Но Вольф понял актуальность проблемы солнечных пятен не только на основании изучения хроник и летописей. Он, естественно, захотел связать события на Солнце и с явлениями в природе, в окружающем Землю пространстве. Это такие явления, как полярные сияния, свечение атмосферы Земли в высоких широтах и возмущения магнитного поля Земли.

Р. Вольф установил, что имеется связь между этими явлениями и солнечными пятнами. В прошлом столетии, до Вольфа и после него, были установлены многие зависимости от числа солнечных пятен. Так, еще в 1844 г. ученый Гаутьер установил, что температура воздуха у земной поверхности, а также температура воды зависят от числа солнечных пятен. Позднее, в 1872 г. было показано Мелдруном, что от числа солнечных пятен зависит частота бурь, ураганов и смерчей, а также количество осадков. Малпе в 1858г. обнаружил, что с числом солнечных пятен связаны определенным образом и землетрясения, а Зенгер в 1887 г. опубликовал данные о связи между частотой гроз и числом солнечных пятен.

Ученые вели интенсивные наблюдения за растительным и животным миром. Для установления связи с числом солнечных пятен использовались статистические данные о росте растений и развитии животноводства. Оказалось, что с числом солнечных пятен тесно связано количество добываемого вина (установлено в 1878 г.), толщина годовых колец деревьев (1892 г.), величина улова рыб, а также размножаемость и миграции насекомых. Оказалось, что с числом солнечных пятен связано даже количество скоропостижных смертей. Эта связь была установлена уже в 1910 г. Были установлены и другие зависимости. Перечислять их здесь мы не будем. И из уже сказанного ясно, что солнечные пятна являются неким феноменом, который оказывает влияние на многие процессы как на Земле, так и в околоземном пространстве.

Солнечные пятна по своей структуре напоминают воронки от снарядов. Глубина их примерно 1000—1500 км. Самая глубокая часть пятна (дно или ядро) — самая темная. Ее называют тенью. Тень окружена полутенью. Чем меньше температура солнечного вещества, тем оно темнее. Температура поверхности Солнца равна примерно 6000° . В центральной части пятна она меньше на 1000—1500° . В области полутени, то есть на склонах воронки, температура больше, чем на дне пятна, но меньше, чем вокруг пятна. Размеры среднего пятна сравнимы с размерами нашей Земли.

Мы привели средние характеристики солнечного пятна. На самом деле пятна бывают различные. Наблюдались, например, пятна, размеры которых были в 15—20 раз больше средних, приведенных выше. В поперечнике они достигали 200 тысяч км. Такое разнообразие в солнечных пятнах связано с их развитием, со временем их существования.

Солнечное пятно может существовать от нескольких часов до нескольких месяцев. Самые маленькие пятна, называемые порами, имеют диаметр, равный нескольким стам километров. А самая большая группа солнечных пятен, которую наблюдали на Солнце в апреле 1977 г., занимала площадь, равную 1500 млрд. квадратных километров! В такую область можно было бы поместить не менее 100 земных шаров. Те пятна, которые наблюдали наши предки невооруженным глазом, должны были иметь в поперечнике не менее 40 000 км. Пятна возникают и исчезают. Пора постепенно превращается в пятно, которое увеличивается. Затем появляется парное пятно, а также другие пятна группы. С течением времени основные пятна группы постепенно удаляются друг от друга. В какой-то момент стадия роста заканчивается. Группа пятен достигает максимальных размеров. После этого начинается распад всей группы и отдельных пятен. Эта стадия всегда более продолжительна, чем стадия роста. Дольше всего противостоит распаду головное пятно. Оно сохраняет правильную форму даже после исчезновения хвостового и других пятен группы.

Чаще всего пятна появляются группами или по крайней мере парами. Бывают большие группы пятен. В них входят кроме больших много мелких пятен. Но основными в группе являются два пятна. Одно из них является головным, а парное ему — хвостовым. Головное пятно то, которое находится в голове движения из-за вращения Солнца. Головное пятно является более устойчивым. Если наблюдается одно пятно, то это значит, что парное ему пятно уже успело разрушиться. Оно всегда более короткоживучее.

Солнечные пятна образуются не по всему солнечному диску. В полярных областях Солнца их практически не наблюдал никто. В редких случаях они появлялись на широтах больше 50°. Эти пятна были очень мелкими и неустойчивыми. Вблизи солнечного экватора в пределах 10-градусной полосы пятна также практически не наблюдаются. Зоны на Солнце, в которых появляются пятна, были названы "королевскими". Солнечные пятна— только "нижний этаж" активной области, которая охватывает по высоте всю солнечную атмосферу. Что же представляет собой "вся постройка"?

Солнечные пятна окружены светлыми волокнистыми образованиями— фотосферными факелами. Они более яркие, поскольку температуры вещества в них выше температуры окружающей их среды. В областях фотосферных факелов имеется довольно сильное магнитное поле и интенсивные движения вещества вдоль силовых линий этого поля.

Факелы в фотосфере продолжаются вверх факельными "площадками", которые пронизывают не только фотосферу, но и хромосферу.

С ростом высоты все "строение" факельных площадок расширяется. Если в фотосфере поперечник его составляет примерно 700 км, то на границе хромосферы с короной он достигает 15 тысяч км.

Факельные площадки зарождаются, растут, распадаются и исчезают. Этот процесс идет согласованно с развитием самих пятен. С появлением солнечных пятен яркость площадок усиливается, особенно вблизи пятен и пор. Растет их площадь. С разрушением пятен факельные площадки становятся менее компактными и контрастными. Они рыхлеют и расползаются в ширину. Через некоторое время они и совсем расплываются.

Каркасом всего этого строения, как и самого солнечного пятна, является магнитное поле. Оно возникает первым, а исчезает последним. Оно сохраняется еще довольно продолжительное время после того, как факельная площадка становится невидимой.

Солнечные вспышки

Неотъемлемой, если не самой важной, частью активной области на Солнце являются солнечные вспышки. Момент их появления есть некая кульминация. Собственно, вспышки на Солнца— это мощные ядерные взрывы. Поэтому первое время их так и называли— эрупциями, то есть взрывами. Это название, конечно, больше отражало существо происходящего в активной области.

Солнечная вспышка, как усиление волнового излучения Солнца, длится всего несколько минут. Очень редкие вспышки длятся десятки минут. Во время вспышки усиливается излучение почти во всех диапазонах: от жестких рентгеновских лучей до километровых радиоволн. При этом усиливается и видимое излучение. Область вспышки примерно на 50% ярче фотосферы. Иногда усиливается и более коротковолновое излучение— гамма-лучи. Общая площадь, занятая вспышкой, может достигать примерно 3600 млн. квадратных километров, а иногда и больше.

Взрыв в солнечной атмосфере приводит к выбросу из нее в межпланетное пространство потоков заряженных частиц. Другими словами, в это время усиливается корпускулярное излучение Солнца. Некоторые выбросы остаются подвешенными в солнечной атмосфере . Они могут существовать несколько минут. Их называют взрывными протуберанцами. Имеются и спокойные протуберанцы (облака плазмы), которые существуют даже несколько месяцев.

Межпланетное магнитное поле

Кроме локальных магнитных полей активных областей Солнца, оно, как и Земля, имеет общее магнитное поле. Это поле в сотни и тысячи раз меньше локальных полей, например, полей солнечных пятен. Оно составляет всего около 1 Гс. Это только в два раза больше магнитного поля Земли. Тем не менее общим магнитным полем Солнца нельзя пренебрегать. Оно играет важную роль в движении заряженных частиц от Солнца к Земле.

Силовые линии солнечного магнитного поля выходят из северного полушария и входят в южное. В экваториальной плоскости силовые линии очень сильно вытянуты в направлении от Солнца. Здесь образуется экваториальный нейтральный (в смысле магнитного поля) токовый слой. Он располагается не строго в экваториальной плоскости. Земля при своем движении вокруг Солнца проходит то выше, то ниже нейтрального гофрированного токового слоя.

Когда Земля находится выше, на ее орбите силовые линии направлены от Солнца к Земле. Когда же Земля проходит ниже токового слоя, они направлены к Солнцу. Следовательно, орбита Земли проходит участки, в которых межпланетное магнитное поле направлено попеременно— то от Солнца, то к нему. Другими словами, оно имеет секторную структуру. Те сектора, в пределах которых межпланетное магнитное поле направлено к Солнцу, называются отрицательными и обозначаются знаком "-". Сектора с магнитным полем, направленным от Солнца, называют положительными и обозначают знаком "+"

Секторная структура межпланетного магнитного поля сохраняется практически неизменной продолжительное время. Она "жестко" связана с Солнцем. Может наблюдаться от 3 до 6 секторов.

Ритмы Солнца

Что же изменяется ритмически (циклически) на Солнце?

Это, прежде всего, число солнечных пятен. Г. Швабе установил, что количество солнечных пятен то увеличивается, то уменьшается. В распоряжении Г. Швабе были данные собственных наблюдений за 17 лет. Рудольф Вольф, профессиональный астроном, впоследствии директор Цюрихской обсерватории, собрал все доступные сведения о числе солнечных пятен. Он проанализировал все данные наблюдений с помощью телескопов. Г. Галилей проводил такие наблюдения, начиная с 1610 г. Но они не были регулярными. Р. Вольф привлек к анализу и сведения о солнечных пятнах, которые содержались в древних летописях и других исторических памятниках.

Р. Вольф не просто подсчитывал число всех пятен на Солнце. Он учитывал, сколько имеется групп солнечных пятен и сколько пятен являются одиночными. Он подсчитывал число групп солнечных пятен и умножал их на десять, а к этому числу прибавлял число единичных пятен. Так получалось некоторое число, которое называют сейчас числом Вольфа.

Число пятен, которое можно наблюдать на видимой части Солнца, зависит от телескопа, с которого ведут наблюдения. Чем сильнее телескоп, тем больше видно на Солнце пятен. Поэтому при подсчете числа солнечных пятен это надо учитывать.

Когда Р. Вольф проанализировал, как меняется введенное им число солнечных пятен от года к году, то получил, что наибольшее число солнечных пятен повторяется через 11,1 лет. Но это в среднем. В отдельных случаях эти периоды сильно отличаются от этой среднем величины (в пределах 7—17 лет) . Поэтому надо говорить не о периодическом, а о циклическом изменении солнечной активности. Таким образом, имеется одиннадцатилетний цикл солнечной активности. Продолжительность его может быть как меньше, так и больше 11 лет.

Имеется периодичность не только в числе солнечных пятен, но и в их положении. В течение 11-летнего цикла положение солнечных пятен меняется следующим образом. В начале солнечного цикла, когда солнечных пятен очень мало, они появляются на наибольшем удалении от экватора, то есть на широтах около 30° севернее и южнее солнечного экватора. Затем от года к году они появляются ближе и ближе к экватору и к концу данного цикла солнечные пятна достигают самой меньшей широты. Если это изобразить на рисунке в виде графика, то положение солнечных пятен в продолжение одного 11-летнего солнечного цикла образуют фигуру, напоминающую бабочку. Любопытно, что при минимальном числе солнечных пятен пятна старого цикла появляются на самых меньших широтах (вблизи экватора), а пятна нового цикла— на наибольшем удалении от экватора. Именно по этому признаку можно очень уверенно определить начало нового солнечного цикла.

Каждый солнечный 11-летний цикл имеет свой порядковый номер. Отсчет первого 11-летнего цикла начался с 1755г. Есть еще одна периодичность, которая проявляется на Земле и также связана с солнечными пятнами. Каждое солнечное пятно пронизано магнитным полем. В одних пятнах магнитное поле направлено вниз, внутрь Солнца, а в других — вверх. В парных пятнах магнитное поле единое. Оно выходит из одного пятна и входит в другое.

Когда были проанализированы магнитные поля солнечных пятен, то оказалось, что их направления меняются периодически. Во-первых, в северном и южном полушариях направления магнитных полей противоположны. Во-вторых, с окончанием одного цикла и началом следующего цикла все направления магнитных полей меняются на противоположные. Таким образом, все повторяется не через 11, а через 22 года, то есть через два 11-летних солнечных цикла. Забегая вперед, скажем, что с таким периодом повторяются многие земные процессы.

Были открыты и циклы с большими периодами. В конце прошлого века был установлен солнечный цикл продолжительностью примерно 8 0 лет. Его назвали вековым. О его существовании на протяжении всей нашей истории свидетельствуют и хроники. Примерно каждые 8 0—90 лет солнечная активность была особенно высокой .

Ритмические изменения на Земле позволили открыть солнечные ритмы большей продолжительности. Но о таких ритмах свидетельствует и ход событий в околоземном пространстве. Так, изменение толщины годичных колец долгоживущих деревьев (например, секвойи) проявляет 600-летний цикл. Он несомненно связан с Солнцем. Но такой же цикл был установлен и по наблюдениям комет. Какая тут может быть связь? Она имеется и понять ее можно так.

Чем больше пятен на Солнце, тем больше его активность, тем больше оно выбрасывает в межпланетное пространство солнечного газа. В результате усиливается свечение комет. Поэтому один раз в 600 лет кометы наблюдались чаще.

Имеются и более продолжительные солнечные циклы. Практически не вызывает сомнения существование солнечного цикла продолжительность в 1800 лет. Этот цикл был обнаружен по геологическим, геофизическим и физико-географическим данным. В истории были периоды, когда солнечная активность длительное время находилась на очень низком уровне. Один из таких периодов длился с 1645 по 1716 г.

В течение 70 лет на Солнце образовалось меньше пятен, чем в течение только одного года при самой низкой активности Солнца. Те немногочисленные пятна, которые все же появились, образовывались только в приэкваториальной полосе. Тем не менее Р. Вольф установил, что и в этот период проявлялся 11-летний цикл солнечной активности.

Этот период сейчас называют минимумом Маундера, по имени английского исследователя, изучавшего его. Сам Маундер писал: "Так же, как в сильно затопленной местности самые возвышающиеся области еще будут поднимать свои головы над паводком, и штиль— здесь, холм, башня или дерево— там, способны дать очертания конфигурации затопленной равнины, годы с пятнами, по-видимому, выделяются как кресты затонувшей кривой пятен". Земные процессы в этот период протекали совсем не так, как до и после него.

Несмотря на то, что в это время не велись регулярные инструментальные наблюдения Солнца, сведения о солнечной активности имеются. И не только в летописях. Их содержит в себе радиоактивный изотоп углерода 14С. Суть дела состоит в следующем.

При высокой солнечной активности межпланетное пространство заполнено более плотным солнечным ветром. При низкой солнечной активности эта плотность меньше. К Земле непрерывно приходят из космоса заряженные частицы высоких энергий. Поскольку они происходят не из Солнца, а пронизывают всю Галактику, их называют галактическими космическими лучами. Чтобы попасть на Землю, эти лучи должны преодолеть межпланетное пространство. Чем больше плотность солнечного ветра, тем сделать это труднее. Поэтому при высокой солнечной активности интенсивность галактических космических лучей на Земле меньше. Под действием галактических космических лучей увеличивалось количество радиоактивного углерода 14С.

Чем можно объяснить существование этого периода? Оказалось, что за некоторое время до столь сильного снижения солнечной активности, в 1642—1644 гг. Солнце вращалось быстрее, чем обычно, чем сейчас. Причем увеличение скорости вращения Солнца вокруг своей оси произошло резко, внезапно.

Солнце вращается вокруг своей оси весьма необычно. Ведь резко увеличилась угловая скорость вращения Солнца только вблизи его экватора. В высоких широтах северного и южного полушарий Солнца оно продолжало вращаться с прежней скоростью. Такое не может произойти с Землей или другой планетой до тех пор, пока она остается единым твердым телом. Но суть дела как раз и состоит в том, что Солнце не является твердым телом. Оно является газовым шаром.

Маундеровский минимум солнечной активности не является единственным. До него наблюдался еще один почти такой же период низкой солнечной активности. Он длился сто лет, от 1450 до 1550 г. До этого также наблюдались периоды очень низкой солнечной активности, которые группировались вблизи таких годов; 400, 750, 1400, 1850 и 3300 гг. до нашей эры. Кроме этих периодов с очень низкой солнечной активностью имели место и периоды с очень высокой солнечной активностью. Мы также живем в период очень высокой солнечной активности. Ведь уже в течение шести 11-летних циклов солнечная активность в максимумах циклов очень высокая.

Периоды очень высокой солнечной активности были и раньше. Например, такой период очень высокой солнечной активности имел место в 1100—1250 гг. Солнечная активность за этот период была измерена с помощью определения количества радиоактивного углерода в древесине.

Поскольку изменение солнечной активности проявляется во многих явлениях на Земле и в околоземном пространстве, то можно по этим явлениям определить солнечную активность. Английский исследователь Дж. Шове собрал все возможные сведения о солнечных пятнах. Использовал он и данные о ритмах земных процессов. Так, Дж. Шове составил изменение солнечной активности за период от 200 лет до н. э. и до наших дней. За это время прошло 198 одиннадцатилетних циклов. Примерно 600 лет тому назад на Земле произошло сильное похолодание. С того времени зеленая страна Гренландия (об этом говорит ее название) постепенно стала страной, покрытой льдами.

Солнечная активность и расположение планет

Вопросом вопросов солнечной активности является ее причина. Если бы не наблюдалось столь четко выраженной периодичности (цикличности) с разными периодами, то можно было бы успокоить себя тем, что процесс идет в виде отдельных взрывных фаз, что было бы вполне естественным. Но вспомните, как четко меняется каждые 11 лет строй магнитных вихрей (бубликов) в обоих полушариях. 11 лет силовые линии в них направлены в одну сторону, еще 11 — в противоположную, затем все повторяется, то есть все повторяется через 22 года. А регулярное сползание солнечных пятен с широт 25°—30° на широты 8°—12°! Ведь это происходит очень регулярно и неизменно. По широте, на которой появляются солнечные пятна, можно уверенно говорить, на какой стадии, фазе солнечного цикла мы находимся сейчас. Недаром наиболее точно определяется продолжительность солнечного 11-летнего цикла именно по широтному смещению областей, где образуются солнечные пятна. Так что же командует всей технологией рождения солнечных пятен, а значит, и всей солнечной активности? Кстати, к перечисленным выше неординарным свойствам надо причислить тот факт, что солнечные пятна не образуются в высоких широтах, а только в двух широтных зонах между 30° и 80° северного и южного полушарий Солнца.

Все эти факты наводят на мысль, что образование пятен связано с движением Солнца. Но говорить о движении Солнца отдельно от других тел солнечной системы нельзя. Ведь все они завязаны в единое целое, недаром они составляют "систему".

Более глубоко это можно понять на более простом примере системы физических маятников. Пусть мы вначале имеем один физический маятник, представляющий собой подвешенный на нитке (или стержне) грузик. Если раскачать этот грузик и отпустить, то он будет какое-то время раскачиваться с определенным периодом. Через какое-то время из-за потерь кинетической энергии на преодоление сил трения размах колебаний будет становиться все меньше и меньше и наконец— маятник перестанет раскачиваться. Далее потери энергии на преодоление силы трения рассматривать не будем: нам нужен пример, близкий к движению планет. Усложним пример. Возьмем два маятника с разными длинами (то есть с равными собственными периодами колебания). Затем соединим их подвесы резинкой или пружинкой. Раскачаем один из них и будем наблюдать, как будет себя вести второй маятник, находящийся вначале в неподвижном состоянии. Вскоре мы убедимся, что он также начнет постепенно раскачиваться: часть энергии первого маятника через резинку передается второму и заставляет его раскачиваться. Но теряя свою энергию, первый маятник будет продолжать колебания все с меньшим размахом. Когда он отдаст всю свою энергию, он остановится. Зато в это время второй маятник будет колебаться с максимальным размахом. Получается, что они поменялись местами в смысле своих колебаний. Далее все повторится: энергия от второго маятника будет благодаря существующей связи между ними передаваться к первому. И так без конца (если нет потерь энергии на преодоление сил трения).

Основной вывод из этого бесхитростного эксперимента состоит в том, что колебания двух маятников, связанных между собой, не являются независимыми, а представляют собой колебательную систему, единое целое. Чтобы приблизиться к нашей солнечной системе, нам надо мысленной эксперимент усложнить. Например, возьмем столько же маятников, сколько имеется планет. Подвесим их к одному и тому же месту (Солнцу) и начнем их раскачивать с самого начала произвольным образом. Не забудем все их соединить соответствующими резинками или пружинами. Ими реально служат силы притяжения планет между собой: каждая планета притягивается не только Солнцем, но и каждой другой планетой. Ясно, что соединенные таким образом колеблющиеся маятники представляют собой единую колебательную систему, ни один из маятников не может совершать колебания, не считаясь с колебаниями всех других маятников. Все это абсолютно справедливо и для нашей Солнечной системы. Если такая колебательная система, состоящая из маятников, не теряет энергию на преодоление сил трения, то она через строго определенное время придет в такое состояние, когда перетек энергии через связи будет установившимся. Система придет в такое состояние, при котором каждый маятник будет колебаться со своей неизменной частотой. Причем связь между этими частотами всегда во всех установившихся колебательных системах очень простая. Такая система является синхронной. Когда частоты системы установились, они являются резонансными. Расчеты показывают, что Солнечная система почти полностью достигла резонансного состояния. Частоты ее планет и спутников отличаются всего на полтора процента от идеально резонансных. В резонансной колебательной системе частоты колебаний являются соизмеримыми. Частоты колебаний отдельных маятников (планет) или равны друг другу, или кратные, или же находятся в рациональных отношениях. Так, например, удвоенная частота Юпитера равна упятеренной частоте Сатурна. Это справедливо и для спутников. Так, сумма частоты спутника Юпитера Ио и удвоенной частоты спутника Ганимеда равна утроенной частоте спутника Европы.

Резонансный режим Солнечной системы проявляется не только в соизмеримом состоянии частот. Кроме резонансных частот имеются и резонансные фазы этой колебательной системы. Как это понимать? Все планеты Солнечной системы обращаются вокруг Солнца в одной плоскости— плоскости эклиптики. Каждая планета, делая один оборот вокруг Солнца, проходит угол в 360°. Если она проходит пол-оборота, то этот угол равен 180°. Этот угол, проходимый планетой, и является фазой, стадией ее колебательного движения. Но поскольку речь идет не о разных независимых планетах, а о единой колебательной системе, то фазы всех планет надо отсчитывать от одного и того же значения. Так как планеты вращаются вокруг Солнца, то этот отсчет надо связывать с Солнцем. Допустим, все планеты выстроились на одной линии, но на разных удалениях от Солнца. Здесь их фаза равна нулю. Пусть это направление соответствует нулевой долготе Солнца, так называемой гелиоцентрической долготе. После этого всем планетам дан старт. Фаза каждой из них стала увеличиваться по-разному, в зависимости от величины скорости их обращения вокруг Солнца. Ровно через 179 лет ситуация повторится: все планеты снова выстроятся в одну линию. Последний раз такое событие наблюдалось в 1982 г. Так вот, оказывается, что имеются определенные фазы, то есть направления, которые были также названы резонансными. Эти направления соответствуют определенным солнечным долготам. Чем эти фазы знаменательны? Тем, что в этих направлениях процессы на Солнце (оно также входит в единую колебательную резонансную систему) наиболее неустойчивы. Значит, на этих долготах в солнечной атмосфере, фотосфере и конвективной зоне процессы, вызванные неустойчивостями, должны развиваться более активно. Как же на самом деле? Ученые в течение многих лет обсуждают проблему активных долгот на Солнце. Суть этих долгот состоит в том, что в определенных долготных интервалах солнечные пятна (а значит и все строение активной области) образуются чаще, чем на других долготах. На активных долготах чаще образуются активные области, чаще происходят взрывы— солнечные вспышки. Отсюда больше выбрасывается в межпланетное пространство, а значит и к Земле, заряженных частиц и волнового излучения. Но оказалось, что активные долготы на Солнце, хотя и весьма стабильны даже в течение десятилетий, все же совершают как бы колебательные движения в ту и другую сторону. Это значит, что резонансные фазы, которые соответствуют активным долготам на Солнце, меняются со временем. Собственно, так и должно быть в колебательной системе, которая еще до конца не зволюционизировала.

Естественно, всех на Земле интересует, какие события, изменения произойдут в близком и далеком будущем в атмосфере, гидросфере, как изменится погода, климат, урожайность и т. д. и т. п. Этот интерес не является праздным, он естественен, поскольку от всех этих условий зависит наша жизнь и жизнь наших внуков. Человеку надо научиться предсказывать, прогнозировать наступление этих периодов, чтобы правильнее, надежнее организовать производство, сельское хозяйство и всю свою жизнь. Наконец, это нужно для того, чтобы понять прошлое, так как жизнь людей и все, что происходило на нашей планете в прошлые века и тысячелетия, определялось также и условиями в космосе, на Солнце и в межпланетном пространстве.

Таким образом, вопрос резонансных фаз или активных долгот не является чисто умозрительным. Он самым тесным образом связан с возможностью прогнозирования тех процессов на Солнце, которые оказывают влияние на нашу жизнь.

О том, что именно планеты оказывают влияние на процессы в солнечной атмосфере, догадался еще Р. Вольф. На это были веские основания. Например, продолжительность солнечного цикла оказалась равной периоду обращения Юпитера. Исследования влияния планет на солнечную активность проводились активно до половины нынешнего столетия. Затем часть ученых начала отдавать предпочтение поискам причин солнечной активности внутри самого Солнца. Отношение к влиянию планет в какой-то мере стали путать с астрологией. К сожалению, у части недальновидных специалистов такое отношение к проблеме осталось до сих пор. Они готовы зачеркнуть целый этап в решении данной проблемы, который длился несколько десятилетий. Так, Ю. И. Витинский пишет: "Однако все эти работы дали гораздо больше для развития математики, чем для изучения солнечной активности". Несомненно, прав Л. И. Мирошниченко, сказав, что "до сих пор не предложено никакого механизма внутрисолнечного происхождения, объясняющего сложный квазипериодический и многочастотный характер солнечной активности". Однако уже в 60-е гг. исследования влияния планет на солнечную активность стали вновь развиваться. Кроме изложенных выше результатов по изучению Солнечной системы как резонансной колебательной системы, широко изучалось влияние геометрического положения планет. Суть дела здесь состоит в следующем. Каждое тело имеет свой центр тяжести. Он имеет ясный физический смысл. Например, если подвесить тело за центр тяжести, то оно вращаться не будет. Если имеется два тела, то можно определить их единый центр тяжести. При этом они не должны смещаться друг относительно друга. Конечно, если их взаимное расположение меняется, то меняется и положение центра тяжести этих двух тел. То же самое справедливо и для системы нескольких тел, например, Солнечной системы. Солнце намного тяжелее всех планет, взятых вместе. В нем содержится 99% всей массы Солнечной системы.

Может не все знают, что имеются также атмосферные приливы. Вся они возникают под действием сил притяжения Солнца и Луны. Естественно ожидать, что и Земля (а также другие планеты) будут оказывать приливное действие на вещество Солнца. Но поскольку масса Земли небольшая, то и результат будет не столь заметный, как при действии солнечных приливов на Земле. Приливы, вызываемые планетами, вызывают колебания фотосферы Солнца всего на 1 см по высоте. Конечно, это мало для того, чтобы ждать от этих приливов заметных последствий. Но приливная сила может служить в качестве спускового механизма. Для этого ей не обязательно надо быть большой. Необходимо также иметь в виду, что чем выше над фотосферой, тем размах приливных колебаний солнечного газа становится больше. В настоящее время специалисты сходится на том, что приливные колебания солнечного газа, вызываемые планетами, должны быть учтены при описании солнечной активности и физики Солнца вообще.