Космос безкінечний. Але той космос, про який найчастіше ми говоримо, - це навколосонячний простір. Вчені його називають геліосферою ("геліо"- Сонце). Цей простір належить Сонцю тому, що воно його заповнює своєю плазмою - потоками заряджених і нейтральних частинок. Власне, це корона Сонця. Ми - діти Сонця і живемо в короні Сонця. Все в нашому житті залежить від Сонця.

Але Сонце є не тільки джерелом життя, але і джерелом смерті. Власне, життя в околосолнечном просторі (гелиосфере) можлива тільки там, де магнітне поле захищає живі істоти від сонячної радіації. Земля має магнітне поле, магнітний захист, тому на неї і виникла життя. Місяць магнітного поля не має і там немає життя.

Магнітне поле захищає від одного виду сонячної радіації - заряджених частинок. Їх рух направляється магнітним полем. Але є й інша сонячна радіація, згубна для життя, - ультрафіолетові і рентгенівські промені. Від них нас захищає атмосфера, зокрема озоновий шар. Руйнуючи його, ми підставляємо себе під цю радіацію. А це причина ракових захворювань, катаракт і багато чого іншого. Таким чином, життя на Землі, у нашому земному будинку, можлива тому, що він влаштований по-особливому, і, звичайно, тому, що є Сонце. Розглянемо це детальніше.

Біологічне життя на Землі виникла приблизно 0,5 млрд. років тому. Це стало можливим насамперед завдяки сонячному випромінюванню. За все це час енергія випромінювання Сонця змінювалася незначно, не більше ніж у два рази. Якщо б ці зміни були більш істотними, вони відбилися б на земних процесах настільки сильно, що наслідки ми виявили б навіть у наш час по викопних залишках.

Чоловік не міг не оцінити роль Сонця в його житті. Він поклонявся Сонцю, розуміючи, що від нього залежить не тільки благополуччя, але й саме життя. І, звичайно, він з тривогою чекав появи нового Сонця після його заходу. Але древнього людини заспокоювала думка, що Сонце неодмінно з'явиться знову, що у свій час Сонце зловили в пастку і змусили справно виконувати свої обов'язки на небі. Так, у численних легендах первісних народів йдеться про те, що до цього Сонце рухалося на небі довільно.

Особливо турбувало зникнення Сонця, яке, як ми розуміємо, могло відбуватися під час сонячних затемнень, поганої погоди або появи хмар пилу і вулканічного попелу. Не розуміючи справжніх причин зникнення Сонця, наші предки пов'язували його з різними мотивами. В одних легендах Сонце викрадають і заточают у в'язницю, в інших - Сонце саме зникає навмисне, щоб покарати людей за зло, яке вони творять на Землі. В єгипетських легендах нічний шлях Сонця уявлявся дуже драматичним - воно повинно кожну ніч пропливати через печери всередині Землі, борючись з демонами і дикими чудовиськами, які щоразу намагаються його затримати.

Люди, що жили поблизу полярного кола або за ним (наприклад, ескімоси) , спостерігали Сонце або протягом цілої доби, або більшу їх частину. Це було в полярний день. В полярну ніч Сонце надовго ховалася від них. Вони вважали, що Сонце в полярний день просто плаває навколо північного горизонту, і навіть тоді, коли його не видно, знаходиться не дуже далеко. Про це говорили північні сяйва, які, на думку ескімосів, представляли собою відображення сонячних променів.

Але Сонця не тільки поклонялися, за ним спостерігали, намагалися зрозуміти закони, яким воно підпорядковується. Так, стародавні вавілоняни і халдеї виробляли численні спостереження, визначали положення зірок, рух Сонця і планет. Вже з 747 р. до н. е. вони складали таблиці місячних і сонячних затемнень. Можливо, вони навіть могли передбачити час настання затемнень.

Пізніше давні греки пішли значно далі, близько 434 р. до н. е. Анаксагор висловив думку, що Сонце являє собою масу розпеченого каміння. За це він був вигнаний з Афін. Фалес Мілетський передбачив сонячне затемнення ще в VI ст. до н. е. Він знав, що Місяць має кулясту форму, а місячне світло не що інше, як відбите сонячне світло. Продовжувач Фалеса Піфагор і його учні розробили модель Сонячної системи, в якій Земля та інші планети рухалися навколо деякого центрального тіла, яке, щоправда, не ототожнювалося із Сонцем (як це є насправді), а з якимсь "центральним вогнем", який залишається невидимим. Але вже в III ст. до н. е. Аристарх чітко сформулював, що всі планети, в тому числі і Земля, рухаються саме навколо Сонця. Разюче, що ця істина була повторно повернуто людям Коперником у 1543 р. Аристарх вирішив також питання, чому день змінюється ніччю. Він зрозумів, що це відбувається внаслідок обертання кулястої Землі навколо своєї осі. Але батьком сучасної астрономії вважають не Аристарха, а Гіппарха, який жив у II ст. до н. е. Він виміряв (звісно, приблизно) діаметр земної кулі, відстань до Місяця і її обсяг. Гиппарх пояснив справжню причину сонячних затемнень. Він розробив метод визначення відстані до Сонця. Метод сам по собі був правильним, але досяжна точність вимірювань в той час була недостатньою, щоб отримати правильні величини. Відстань від Землі до Сонця, певне Гіппарх, залишалося без змін аж до 1620 р. Наступні зміни цієї величини були фактично довільними. Так, Кеплер у 1620 р. збільшив дані Гіп-пархом величини розмірів Сонця і відстані від Землі до Сонця в три рази. Ніяких явних підстав для цього не було. Після цього ці величини збільшувались настільки ж довільно ще кілька разів. І тільки в 1672 р. астроном Кассіні встановив мінімальну відстань від Землі до Сонця. Ця величина була правильною. Вона відрізняється від сучасної всього на 10%. Це було підтверджено спостереженнями за Венерою, коли вона проходила по диску Сонця. Сенс цих спостережень полягає в наступному.

Мова йде саме про Венері не випадково. Спостереженнями було встановлено, що кут між променем зору на Сонце і на Венеру не перевищує 45°. З рівнобедреного трикутника Земля - Венера - Сонце можна без зусиль встановити, що його бічна сторона (тобто відстань Земля - Венера або Венера - Сонце) дорівнює 0, 7 відстані від Землі до Сонця. Значить, якщо виміряти відстань від Землі до Венери, то можна визначити відстань від Землі до Сонця. Відстань від Землі до Венери можна визначити так. Коли Венера знаходиться точно між Землею і Сонцем, то ми її "бачимо" на диску Сонця. У цьому випадку визначити відстань до Венери можна точно так само, як визначають відстань до об'єкта, що знаходиться на землі за якоюсь нездоланною перешкодою (озером, річкою). Для цього з двох пунктів проводять вимірювання кутів між променем зору на об'єкт і лінією, що з'єднує точки спостереження. Знаючи три елементи трикутника (підстава і два прилеглих до нього кута), можна визначити інші його елементи, а значить, і справжнє відстань до об'єкта. Отже, щоб визначити відстань до Венери, треба вести спостереження за нею з двох по можливості сильно віддалених пунктів. Чим більша ця відстань, тим вище точність у вимірюванні відстані.

Знаючи точно одне відстань (наприклад, від Землі до Венери), можна визначити всі інші розміри Сонячної системи. Справа в тому, що спостереження кутів дозволяє скласти точну схему системи. Залишається тільки встановити її масштаб. А для цього досить знати одне точно відстань. Зручне положення Венера займає не часто. Це мало місце останнім часом в 1874 і 1882 рр.., і в найближчому майбутньому це знову відбудеться 8 червня 2004 р. і 6 червня 2012 р. Але в принципі, крім Венери, можна використовувати і положення інших планет, наприклад Марса або астероїда Ероса.

Чому Сонце світить?

Ми бачимо світний диск Сонця. Чому він світиться? Той світ, який ми бачимо, що зароджується в центральній частині Сонця, яку називають ядром. Там йдуть ядерні реакції, в яких ядра водню перетворюються на ядра гелію. При цьому випромінюються кванти з дуже високою енергією. Таке випромінювання називають гамма-випромінюванням.

Це гамма-випромінювання з ядра Сонця пробирається до його поверхні дуже повільно. На своєму шляху вона зустрічає атоми, які його поглинають. Але ці атоми тут же знову випромінюють кванти. Але енергія їх менше енергії поглинених квантів. Так на шляху до поверхні Сонця кванти світла багаторазово поглинаються і знову переизлучаются. Тому вони поступово втрачають свою енергію. Це означає, що частота випромінювання за час його виходу з ядра Сонця на його поверхню зменшується. Коли випромінювання виходить назовні, воно стає видимим. Його ми і сприймаємо як Сонце.

Спостерігаючи з Землі Сонце, ми не бачимо, що видиме світло виходить не з поверхні, а з шару визначеної товщини. Цей шар називають фотосферой, тобто сферою світла. Товщина фотосфери близько 300 км.

Енергія сонячного ядра до його поверхні переноситься не тільки випромінюванням. Є й інший спосіб передачі енергії від дуже сильно нагрітого шару в надрах Сонця (кілька мільйонів градусів) до відносно холодної його зовнішньої частини (всього 6000 градусів) . Один з маститих вчених-фахівців по Сонцю сказав, що в даному випадку відбувається те ж, що і в розжареній сковорідці з вівсяною кашею. Простіше кажучи, відбувається кипіння. По суті, відбувається перемішування, завдяки якому тепло переноситься від більш гарячих областей до менш гарячим. Вчені таке перемішування називають конвекцією.

Під видимою поверхнею Сонця знаходиться шар сонячного газу, який кипить. Цю зону називають зоною конвекції, перемішування сонячного віщоства. Власне, це перемішування можна частково спостерігати за допомогою телескопів. Коли гарячі струмені сонячного газу піднімаються до сонячної поверхні, їх верхівки видно як більш яскраві ділянки фотосфери. Вони гаряче, тому і яскравіше. Ті гази, які встигли охолонути, більш темні. Вони опускаються вниз. Яскраві області в фотосфері мають розміри близько 700 км. Їх називають гранулами. Гранули прямо на очах виникають і протягом декількох хвилин зникають.

Сонце не обмежується тим яскравим диском, який ми бачимо. Під час сонячних затемнень, коли світло сонячного диска не ріже нам очі, можна бачити світіння за межами диска. Це говорить про те, що Сонце має свою атмосферу.

Саму нижню частину сонячної атмосфери назвали хромосферой, тобто пофарбованої сферою. Причиною цього послужила червоно-оранжеве забарвлення газу. Тут переважає водень, а він світиться червоним світлом. Щільність газу тут дуже мала, в сотні разів менше щільності повітря поблизу поверхні Землі.

Червоно-помаранчевий колір хромосфери надає їй дуже екзотичний вид. Якщо спостерігати хромосферу в телескоп, то можна побачити картину, яку порівнюють з палаючої прерией. Язики червоного полум'я то і справа взметаются над поверхнею. Чим вище в атмосфері, тим сонячний газ більш рухливий.

Вище від хромосфери знаходиться корона Сонця. Вона непостійна. Щільність речовини в короні дуже мала - в мільярди разів менше щільності повітря поблизу Землі. Температура газу в короні досягає мільйонів градусів.

Сонячні плями

Оскільки фотосферу Сонця, тобто його видиму поверхню, людина могла спостерігати з Землі з самого початку свого існування, і без всяких приладів та інструментів, то не дивно, що найбільш ранні відомості про Сонце - це відомості про фотосфері. На Сонці чоловік помітив плями. Описи плям на Сонці містяться в давніх китайських літописах, арабських і вірменських хроніках, в руських літописах. Так, в Никонівському літописі за 1371-1372 рр. читаємо: "...бысть знамення на Сонці, місця чорні на Сонці, мов цвяхи... Сухомень бысть велика, і спеку і жар багато, бо злякалися і вострепетали людем, річки багато пересохше, і озера і болота, ліси та бори горяху, і земля горяше. І бисть страх і трепет на всіх чеповецах, і бисть тоді дорогонь велика і глад великий по всій землі... " Тепер ми знаємо на підставі наукових даних, що в цей час був найбільш інтенсивний період в активності Сонця за весь час з 684 р. до н.е. і до наших днів. Але ми ще повинні розібратися в тому, що таке сонячна активність.

Сонячні плями спостерігалися далеко не завжди. Тому про цих рідкісних події і записували в хроніках і літописах. Правда, не тільки тому, а й тому, що ці періоди представлялися зловісними, вони ніби віщували великі біди, як це ми читаємо в Никонівському літописі. Ясно, що без телескопів, неозброєним оком люди могли спостерігати тільки видатні освіти на Сонці. Плями менших розмірів залишалися непоміченими .

Становище докорінно змінилося з появою першого телескопа (підзорної труби). Спостереження сонячних плям у телескопи почалося на початку XVII ст. Їх проводили практично одночасно італієць Галілео Галілей, голландець Йоганн Фабриціус і німецький професор-єзуїт Христофор Шейнер. Вже в 1611р. з'явилася окрема книга про сонячних плямах. Її написав Йоганн Фабриціус. У цій книзі повідомлялися дуже важливі факти. Виявилося, що пляма з часом зміщується на видимому диску Сонця, воно поступово зсувається до західного краю диска і потім зникає за ним. Через певний час (приблизно два тижні) те ж саме пляма з'явиться знову, але на протилежному, східному, краю диска. Отже, ми бачимо те ж саме пляма Сонця тому, що саме Сонце обертається. Так ще на початку XVII ст. було встановлено, що Сонце обертається навколо своєї осі.

Шейнер відкрив сонячні плями в 1611р., а Галілей - роком раніше. Але першим опублікував своє відкриття Фабриціус. Між вченими розгорнулася суперечка про природу сонячних плям. Галілей і Фабриціус вважали, що плями являє собою утворення на самому Сонці. Шейнер відстоював точку зору, згідно якої пляма не що інше, як проекція планети на сонячний диск. Деякі сучасні дослідники вважають, що точка зору Шейнера визначалася його посадою професора-єзуїта. Чи це Так?

Розгадати природу сонячних плям не вдалося жодному з трьох вчених. Треба було ще багато дізнатися про них шляхом багаторічних спостережень, перш ніж природа сонячних плям стала прояснюватися. Шейнер проводив спостереження сонячних плям аж до 1627 р. і результати своїх спостережень описав в об'ємному працю. Приблизно в цей же час (162 6 р.) включився в цю роботу добровільно і самовіддано скромний німецький аптекар Генріх Швабе. За сучасною термінологією, спостереження за Сонцем було хобі Швабе. Вчені називають таких ентузіастів астрономами-аматорами. Астрономія дуже багатьом зобов'язана їм. Вони на свої кошти і без всякого за те винагороди дали науці дуже багато корисних (деколи незамінних) спостережних даних. Незамінних тому, що велися ці спостереження з вражаючою наполегливістю і рішучістю. Так, починаючи з 1726 р. і до своєї смерті Генріх Швабе незалежно від свого самопочуття направляв свій телескоп на Сонце і вів детальні записи в журналах про все побачене на сонячному диску.

Тільки після 17 років спостережень Р. Швабе вирішив опублікувати свої результати. Вони полягали в тому, що кількість плям на Сонце змінюється в часі. Мало того, воно змінюється періодично. Так, приблизно кожні 10 років число сонячних плям досягає максимальної величини, після чого протягом приблизно п'яти років поступово зменшується, досягаючи самої малої величини. Після цього мінімуму число плям знову збільшується (протягом п'яти років) і досягає свого максимуму.

Багато років результати Швабе залишалися непоміченими в науковому світі навіть після їх опублікування в 1743 р. Тільки завдяки знаменитому Олександру Гумбольту ці результати стали широко відомими. Він описав їх у своїй книзі "Космос", яка вийшла в світ через 8 років після публікації самого Р. Швабе. З цього моменту починається новий етап у вивченні сонячної активності, який триває і в наш час. Він незмінно пов'язаний з ім'ям Рудольфа Вольфа.

Р. Вольф був астрономом в Цюріхській обсерваторії. Він зацікавився спостереженнями Р. Швабе і відкритої їм циклічністю в зміні числа сонячних плям. Додатково до цих даних він взяв всі інші дані спостережень за сонячними плямами, які до того часу вже були. Мало того, він вивчив також опису сонячних плям, які були в різних хроніках. Результати свого аналізу Вольф оприлюднив у 1892 р. Головний з них свідчив, що число сонячних плям на видимому диску Сонця міняється з періодом 11,1 року. Стало очевидним, що проблема не тільки цікава, але й важлива. Ставши директором Цюріхській обсерваторії, Р. Вольф організував систематичні спостереження (офіційні, а не аматорські) за сонячними плямами. Проблема виявилася дійсно дуже важливою. Власне, це можна було зрозуміти вже з того, що в літописах і хроніках періоди, коли на Сонці були видні величезні плями, збігалися з разючими змінами у звичному ритмі Землі. У ці періоди були приголомшливі засухи, землетруси, виверження вулканів та інші лиха. Вони супроводжувалися різними епідеміями і пандеміями, уносящими багато тисяч життів.

Але Вольф зрозумів актуальність проблеми сонячних плям не тільки на підставі вивчення хронік і літописів. Він, природно, захотів пов'язати події на Сонці і з явищами в природі, в навколишньому Землю просторі. Це такі явища, як полярні сяйва, світіння атмосфери Землі у високих широтах і обурення магнітного поля Землі.

Р. Вольф установив, що існує зв'язок між цими явищами і сонячними плямами. У минулому столітті, до Вольфа і після нього, були встановлені багато залежно від числа сонячних плям. Так, ще в 1844 р. вчений Гаутьер встановив, що температура повітря у земної поверхні, а також температура води залежать від числа сонячних плям. Пізніше, у 1872 р. було показано Мелдруном, що від числа сонячних плям залежить частота бур, ураганів та смерчів, а також кількість опадів. Малпе в 1858р. виявив, що з числом сонячних плям певним чином пов'язані і землетрусу, а Зенгер в 1887 р. опублікував дані про зв'язок між частотою гроз і числом сонячних плям.

Вчені вели інтенсивні спостереження за рослинним і тваринним світом. Для встановлення зв'язку з числом сонячних плям використовувалися статистичні дані про зростання рослин і розвитку тваринництва. Виявилося, що з числом сонячних плям тісно пов'язане кількість видобутого вина (встановлено в 1878 р.), товщина річних кілець дерев (1892 р.), величина улову риб, а також размножаемость та міграції комах. Виявилося, що з числом сонячних плям пов'язано навіть кількість раптових смертей. Цей зв'язок була встановлена вже в 1910 р. Були встановлені й інші залежності. Перераховувати їх тут ми не будемо. І з вже сказаного ясно, що сонячні плями є певним феноменом, який впливає на багато процесів як на Землі, так і в навколоземному просторі.

Сонячні плями за своєю структурою нагадують воронки від снарядів. Глибина їх приблизно 1000-1500 км найглибша частина плями (дно або ядро) - найтемніша. Її називають тінню. Тінь оточена півтінню. Чим менше температура сонячної речовини, тим воно темніше. Температура поверхні Сонця дорівнює приблизно 6000° . У центральній частині плями вона менше на 1000-1500° . В області півтіні, тобто на схилах воронки, температура більше, ніж на дні плями, але менше, ніж навколо плями. Розміри середнього плями порівнянні з розмірами нашої Зземлі.

Ми привели середні характеристики сонячної плями. Насправді плями бувають різні. Спостерігалися, наприклад, плями, розміри яких були в 15-20 разів більше середніх, наведених вище. В поперечнику вони досягали 200 тисяч км. Таке розмаїття в сонячних плямах пов'язано з їх розвитком, з часом їх існування.

Сонячне пляма може існувати від декількох годин до декількох місяців. Самі маленькі плями називають порами, мають діаметр, рівний кільком стам кілометрів. А найбільша група сонячних плям, яку спостерігали на Сонці в квітні 1977 р. займала площу, рівну 1500 млрд. квадратних кілометрів! В таку область можна було б помістити не менше 100 земних куль. Ті плями, які спостерігали наші пращури неозброєним оком, повинні були мати в поперечнику не менше 40 000 км. Плями виникають і зникають. Пора поступово перетворюється у пляма, яке збільшується. Потім з'являється парне пляма, а також інші плями групи. З плином часу основні плями групи поступово віддаляються один від одного. У якийсь момент стадія зростання закінчується. Група плям досягає максимальних розмірів. Після цього починається розпад всієї групи й окремих плям. Ця стадія завжди більш тривала, ніж стадія зростання. Найдовше протистоїть розпаду головний пляма. Воно зберігає правильну форму навіть після зникнення хвостового та інших плям групи.

Найчастіше плями з'являються групами або принаймні парами. Бувають великі групи плям. В них входять, крім великих багато дрібних плям. Але основними в групі є дві плями. Одне з них є головним, а парне йому - хвостовим. Головний пляма, яке знаходиться в голові руху через обертання Сонця. Головний пляма є більш стійким. Якщо спостерігається одна пляма, то це означає, що парне йому пляма вже встигло зруйнуватися. Воно завжди більш короткоживучее.

Сонячні плями утворюються не по всьому сонячному диску. У полярних областях Сонця їх практично ніхто не спостерігав. У рідкісних випадках вони з'являлися на широтах більше 50°. Ці плями були дуже дрібними і нестійкими. Поблизу сонячного екватора в межах 10-градусної смуги плями також практично не спостерігаються. Зони на Сонці, в яких з'являються плями, були названі "королівськими". Сонячні плями - тільки "нижній поверх" активної області, яка охоплює по висоті всю сонячну атмосферу. Що ж являє собою "вся споруда"?

Сонячні плями оточені світлими волокнистими утвореннями - фотосферными смолоскипами. Вони більш яскраві, оскільки температури речовини в них вище температури навколишнього середовища. В областях фотосферных факелів є досить сильне магнітне поле і інтенсивні рухи речовини вздовж силових ліній цього поля.

Факели у фотосфері тривають вгору факельними "майданчиками", які пронизують не тільки фотосферу, але й хромосферу.

З ростом висоти все "будова" факельних майданчиків розширюється. Якщо у фотосфері поперечник його становить приблизно 700 км, то на межі хромосфери з короною він досягає 15 тисяч км.

Факельні майданчики зароджуються, ростуть, розпадаються і зникають. Цей процес іде узгоджено з розвитком самих плям. З появою сонячних плям яскравість майданчиків посилюється, особливо поблизу плям і досі. Зростає їх площа. З руйнуванням плям факельні майданчики стають менш компактними і контрастними. Вони рыхлеют і розповзаються в ширину. Через деякий час вони і зовсім розпливаються.

Каркасом усього цього будови, як і самого сонячного плями, є магнітне поле. Воно виникає першим, а зникає останньою. Воно зберігається ще досить тривалий час після того, як факельна майданчик стає невидимою.

Сонячні спалахи

Невід'ємною, якщо не самою важливою частиною активній області на Сонці є сонячні спалахи. Момент їх появи є якась кульмінація. Власне, спалахи на Сонця - це потужні ядерні вибухи. Тому перший час їх так і називали - эрупциями, тобто вибухами. Це назва, звичайно, більше відображало істота, що відбувається в активній області.

Сонячна спалах, як посилення хвильового випромінювання Сонця, триває всього кілька хвилин. Дуже рідкісні спалахи тривають десятки хвилин. Під час спалаху посилюється випромінювання майже у всіх діапазонах: від жорстких рентгенівських променів до кілометрових радіохвиль. При цьому посилюється і видиме випромінювання. Область спалаху приблизно на 50% яскравіше фотосфери. Іноді посилюється і більш короткохвильове випромінювання - гамма-промені. Загальна площа, зайнята спалахом, може досягати приблизно 3600 млн. квадратних кілометрів, а іноді і більше.

Вибух у сонячній атмосфері призводить до викиду з неї в міжпланетний простір потоки заряджених частинок. Іншими словами, у цей час посилюється корпускулярне випромінювання Сонця. Деякі викиди залишаються підвішеними в сонячній атмосфері . Вони можуть існувати кілька хвилин. Їх називають вибуховими протуберанцями. Є й спокійні протуберанці (хмари плазми), які існують навіть кілька місяців.

Міжпланетне магнітне поле

Крім локальних магнітних полів активних областей Сонця, воно, як і Земля, має загальне магнітне поле. Це поле в сотні і тисячі разів менше локальних полів, наприклад, полів сонячних плям. Воно становить всього близько 1 Гс. Це тільки в два рази більше магнітного поля Землі. Тим не менш загальним магнітним полем Сонця не можна нехтувати. Воно відіграє важливу роль в русі заряджених частинок від Сонця до Землі.

Силові лінії сонячного магнітного поля виходять з північного півкулі і входять у південне. В екваторіальній площині силові лінії дуже сильно витягнуті в напрямку від Сонця. Тут утворюється екваторіальний нейтральний (в сенсі магнітного поля) струмовий шар. Він розташовується не строго в екваторіальній площині. Земля при своєму русі навколо Сонця проходить то вище, то нижче нейтрального гофрованого струмового шару.

Коли Земля знаходиться вище, на її орбіті силові лінії спрямовані від Сонця до Землі. Коли ж Земля проходить нижче струмового шару, вони спрямовані до Сонця. Отже, орбіта Землі проходить ділянки, в яких міжпланетне магнітне поле спрямоване поперемінно - то від Сонця, чи то до нього. Іншими словами, воно має секторну структуру. Ті сектори, в межах яких міжпланетне магнітне поле направлено до Сонця, називаються негативними і позначаються знаком "-". Сектору з магнітним полем, спрямованим від Сонця, називають позитивними і позначають знаком"+"

Секторна структура міжпланетного магнітного поля зберігається практично незмінною тривалий час. Вона "жорстко" пов'язана з Сонцем. Може спостерігатися від 3 до 6 секторів.

Ритми Сонця

Що ж змінюється ритмічно (циклічно) на Сонці?

Це, насамперед, число сонячних плям. Р. Швабе встановив, що кількість сонячних плям то збільшується, то зменшується. У розпорядженні Р. Швабе були дані власних спостережень за 17 років. Рудольф Вольф, фаховий астроном, згодом директор Цюріхській обсерваторії, зібрав всі доступні відомості про кількість сонячних плям. Він проаналізував усі дані спостережень за допомогою телескопів. Р. Галілей проводив такі спостереження, починаючи з 1610 р. Але вони не були регулярними. Р. Вольф залучив до аналізу і відомості про сонячних плямах, які містилися в давніх літописах та інших історичних пам'ятках.

Р. Вольф не просто підраховував кількість усіх плям на Сонці. Він враховував, скільки існує груп сонячних плям і скільки плям є поодинокими. Він підраховував число груп сонячних плям і примножував їх на десять, а до цього числа додавав число поодиноких плям. Так виходило деяке число, яке зараз називають числом Вольфа.

Число плям, що можна спостерігати на видимій частині Сонця, залежить від телескопа, з якого ведуть спостереження. Чим сильніший телескоп, тим більше видно на Сонці плям. Тому при підрахунку числа сонячних плям це треба враховувати.

Коли Р. Вольф проаналізував, як змінюється введене ним число сонячних плям від року до року, то отримав, що найбільше число сонячних плям повторюється через 11,1 років. Але це в середньому. В окремих випадках ці періоди сильно відрізняються від цієї середньому величини (в межах 7-17 років) . Тому треба говорити не про періодичному, а про циклічній зміні сонячної активності. Таким чином, є одинадцятирічний цикл сонячної активності. Тривалість його може бути як менше, так і більше 11 років.

Є періодичність не тільки в числі сонячних плям, але і в їх положенні. Протягом 11-річного циклу положення сонячних плям змінюється наступним чином. На початку сонячного циклу, коли сонячних плям дуже мало, вони з'являються на найбільшому видаленні від екватора, тобто на широтах близько 30° північніше і південніше сонячного екватора. Потім від року до року вони з'являються ближче і ближче до екватора і до кінця даного циклу сонячні плями досягають меншою широти. Якщо це зобразити на малюнку у вигляді графіка, то положення сонячних плям протягом одного 11-річного сонячного циклу утворюють фігуру, що нагадує метелика. Цікаво, що при мінімальному числі сонячних плям плями старого циклу з'являються на самих менших широтах (поблизу екватора), а плями нового циклу - на найбільшому видаленні від екватора. Саме за цією ознакою можна дуже впевнено визначити початок нового сонячного циклу.

Кожен сонячний 11-річний цикл має свій порядковий номер. Відлік першого 11-річного циклу, який почався з 1755г. Є ще одна періодичність, яка проявляється на Землі і також пов'язана з сонячними плямами. Кожне сонячне пляма пронизане магнітним полем. В одних плямах магнітне поле спрямоване вниз, внутрь Сонця, а в інших - вгору. У парних плямах магнітне поле єдине. Воно виходить з однієї плями і входить в інше.

Коли були проаналізовані магнітні поля сонячних плям, то виявилося, що їх напрямки змінюються періодично. По-перше, в північному і південному півкулях напряму магнітних полів протилежні. По-друге, із закінченням одного циклу і початок наступного циклу всі напрямки магнітних полів змінюються на протилежні. Таким чином, все повторюється не через 11, а через 22 року, тобто через два 11-літніх сонячних циклу. Забігаючи вперед, скажемо, що з таким періодом повторюються багато земні процеси.

Були відкриті і цикли з великими періодами. В кінці минулого століття було встановлено сонячний цикл тривалістю приблизно 8 0 років. Його назвали віковим. Про його існування протягом усієї нашої історії свідчать і хроніки. Приблизно кожні 8 0-90 років сонячна активність була особливо високою .

Ритмічні зміни на Землі дозволили відкрити сонячні ритми більшої тривалості. Але про таких ритмах свідчить і хід подій в навколоземному просторі. Так, зміна товщини річних кілець довгоіснуючих дерев (наприклад, секвойя) виявляє 600-річний цикл. Він безсумнівно пов'язаний з Сонцем. Але такий же цикл був встановлений і за спостереженнями комет. Яка тут може бути зв'язок? Вона є і зрозуміти її можна так.

Чим більше плям на Сонці, тим більше його активність, тим більше воно викидає в міжпланетний простір сонячного газу. У результаті посилюється світіння комет. Тому один раз на 600 років комети спостерігалися частіше.

Є і більш тривалі сонячні цикли. Практично не викликає сумніву існування сонячного циклу тривалість 1800 років. Цей цикл був виявлений за геологічними, геофізичними і фізико-географічними даними. В історії були періоди, коли сонячна активність тривалий час перебувала на дуже низькому рівні. Один з таких періодів тривав з 1645 по 1716 р.

Протягом 70 років на Сонце утворилося менше плям, ніж у протягом лише одного року при самій низькій активності Сонця. Ті нечисленні плями, які все ж з'явилися, утворювалися тільки в приекваторіальній смузі. Тим не менш Р. Вольф установив, що і в цей період проявлявся 11-річний цикл сонячної активності.

Цей період називають мінімумом Маундера, по імені англійського дослідника, який вивчав його. Сам Маундер писав: "Так само, як у сильно затопленій місцевості найбільш підносяться області ще будуть піднімати свої голови над повінню, і штиль - тут, пагорб, вежа або дерево - там, здатні дати обриси конфігурації затопленої рівнини, роки з плямами, мабуть, виділяються як хрести затонулої кривий плям". Земні процеси в цей період протікали зовсім не так, як до і після нього.

Незважаючи на те, що в цей час не велися регулярні інструментальні спостереження, відомості про сонячної активності є. І не тільки в літописах. Їх містить в собі радіоактивний ізотоп вуглецю 14С. Суть справи полягає в наступному.

При високій сонячній активності міжпланетний простір заповнений більш щільним сонячним вітром. При низької сонячної активності ця щільність менше. До Землі безперервно приходять з космосу заряджені частинки високих енергій. Оскільки вони відбуваються не Сонця, а пронизують всю Галактику, їх називають галактическими космічними променями. Щоб потрапити на Землю, ці промені повинні подолати міжпланетний простір. Чим більше щільність сонячного вітру, тим зробити це важче. Тому під час високої сонячної активності інтенсивність галактичних космічних променів на Землі менше. Під дією галактичних космічних променів збільшувалася кількість радіоактивного вуглецю 14С.

Чим можна пояснити існування цього періоду? Виявилося, що за деякий час до настільки сильного зниження сонячної активності, у 1642-1644 рр .. Сонце оберталося швидше, ніж зазвичай, ніж зараз. Причому збільшення швидкості обертання Сонця навколо своєї осі сталося різко, раптово.

Сонце обертається навколо своєї осі дуже незвично. Адже різко збільшилася кутова швидкість обертання Сонця тільки поблизу екватора. У високих широтах північної та південної півкуль Сонця воно продовжувало обертатися з колишньою швидкістю. Таке не може статися з Землею чи іншою планетою до тих пір, поки вона залишається єдиним твердим тілом. Але суть справи полягає в тому, що Сонце не є твердим тілом. Воно є газовою кулею.

Маундеровський мінімум сонячної активності не є єдиним. До нього спостерігався ще один майже такий же період низької сонячної активності. Він тривав сто років, від 1450 до 1550 р. До цього також спостерігалися періоди дуже низької сонячної активності, які групувалися поблизу таких років; 400, 750, 1400, 1850 і 3300 рр. до нашої ери. Крім цих періодів з дуже низькою сонячною активністю мали місце і періоди з дуже високою сонячною активністю. Ми також живемо в період надзвичайно високої сонячної активності. Адже вже протягом шести 11-річних циклів сонячна активність в максимумах циклів дуже висока.

Періоди дуже високої сонячної активності були і раніше. Наприклад, такий період надзвичайно високої сонячної активності, що мав місце в 1100-1250 рр. Сонячна активність за цей період була виміряна за допомогою визначення кількості радіоактивного вуглецю в металі.

Оскільки зміна сонячної активності проявляється у багатьох явищах на Землі і в навколоземному просторі, то можна за цим явищам визначити сонячну активність. Англійський дослідник Дж. Шові зібрав всі можливі відомості про сонячних плямах. Використав він і дані про ритмах земних процесів. Так, Дж. Шові склав зміна сонячної активності за період від 200 років до н. е. і до наших днів. За цей час минуло 198 одинадцятирічних циклів. Приблизно 600 років тому на Землі відбулося сильне похолодання. З того часу зелена країна Гренландія (про це говорить її назва) поступово стала країною, вкритою кригою.

Сонячна активність і розташування планет

Питанням питань сонячної активності є її причина. Якби не спостерігалося такої чітко вираженої періодичності (циклічності) з різними періодами, то можна було б заспокоїти себе тим, що процес йде у вигляді окремих вибухових фаз, що було б цілком природним. Але згадайте, як чітко змінюється кожні 11 років дію магнітних вихорів (бубликів) в обох півкулях. 11 років силові лінії в них спрямовані в одну сторону, ще 11 - в протилежну, потім все повторюється, тобто все повторюється через 22 роки. А регулярне сповзання сонячних плям з широт 25°-30° широти на 8°-12°! Адже це відбувається регулярно і незмінно. По широті, на якій з'являються сонячні плями, можна впевнено говорити, на якій стадії, фази сонячного циклу ми знаходимося зараз. Недарма найбільш точно визначається тривалість сонячного 11-річного циклу саме по широтному зміщення областей, де утворюються сонячні плями. Так що ж командує всій технологією народження сонячних плям, а значить, і всієї сонячної активності? До речі, до перерахованих вище неординарним властивостям треба зарахувати той факт, що сонячні плями не утворюються у високих широтах, а тільки в двох широтних зонах між 30° і 80° північного і південного півкуль Сонця.

Усі ці факти наводять на думку, що утворення плям пов'язано з рухом Сонця. Але говорити про рух Сонця окремо від інших тіл сонячної системи не можна. Адже всі вони зав'язані в єдине ціле, недарма вони складають "система".

Більш глибоко це можна зрозуміти на простому прикладі системи фізичних маятників. Нехай ми спочатку маємо один фізичний маятник, який представляє собою підвішений на нитці (або стержні) грузик. Якщо розгойдати цей грузик і відпустити, то він буде якийсь час розгойдуватися з певним періодом. Через якийсь час з-за втрат кінетичної енергії на подолання сил тертя розмах коливань буде ставати все менше і менше і нарешті - маятник припинить розгойдуватися. Далі втрати енергії на подолання сили тертя розглядати не будемо: нам потрібен приклад, близький до руху планет. Ускладнимо приклад. Візьмемо два маятника з різними довжинами (тобто з рівними власними періодами коливання). Потім з'єднаємо їх підвіси гумкою або пружинкою. Раскачаем один з них і будемо спостерігати, як буде себе вести другий маятник, що знаходиться спочатку в нерухомому стані. Незабаром ми переконаємося, що він також почне поступово розгойдуватися: частина енергії першого маятника через гумку передається другому і змушує його розгойдуватися. Але втрачаючи свою енергію, перший маятник буде продовжувати коливання все з меншим розмахом. Коли він віддасть всю свою енергію, він зупиниться. Зате в цей час другої маятник буде коливатися з максимальним розмахом. Виходить, що вони помінялися місцями в сенсі своїх коливань. Далі все повториться: енергія від другого маятника буде завдяки існуючій зв'язку між ними передаватися до першого. І так без кінця (якщо немає втрат енергії на подолання сил тертя).

Основний висновок з цього нехитрого експерименту полягає в тому, що коливання двох маятників, пов'язаних між собою, не є незалежними, а являють собою коливальну систему, єдине ціле. Щоб наблизитися до нашої сонячної системи, нам треба уявної ускладнити експеримент. Наприклад, візьмемо стільки ж маятників, скільки є планет. Підвісимо їх до одного й того ж місця (Сонцю) і почнемо їх розгойдувати з самого початку довільним чином. Не забудемо всі їх з'єднати відповідними гумками або пружинами. Ними реально служать сили тяжіння планет між собою: кожна планета притягається не тільки Сонцем, але і кожною іншою планетою. Ясно, що сполучені таким чином маятники коливаються являють собою єдину коливальну систему, жоден з маятників не може здійснювати коливання, не рахуючись з коливаннями всіх інших маятників. Це абсолютно справедливо і для нашої Сонячної системи. Якщо така коливальна система, що складається з маятників, не втрачає енергію на подолання сил тертя, то вона через строго певний час прийде в такий стан, коли перетік енергії через зв'язку буде сталим. Система прийде в такий стан, при якому кожен маятник буде коливатися зі своєю незмінною частотою. Причому зв'язок між цими частотами завжди у всіх усталених коливальних системах дуже проста. Така система є синхронною. Коли частоти системи встановилися, вони є резонансними. Розрахунки показують, що Сонячна система майже повністю досягла резонансного стану. Частоти її планет і супутників відрізняються всього на півтора відсотка від ідеально резонансних. У резонансній коливальній системі частоти коливань є сумірними. Частоти коливань окремих маятників (планет) чи дорівнюють один одному, або кратні, або ж знаходяться в раціональних відносинах. Так, наприклад, подвоєна частота Юпітера дорівнює упятеренной частоті Сатурна. Це справедливо і для супутників. Так, сума частоти супутника Юпітера Іо і подвоєної частоти супутника Ганімеда дорівнює потрійною частоті супутника Європи.

Резонансний режим Сонячної системи проявляється не тільки в порівняно стані частот. Крім резонансних частот є і резонансні фази цієї коливальної системи. Як це розуміти? Всі планети Сонячної системи обертаються навколо Сонця у одній площині - площині екліптики. Кожна планета, роблячи один оберт навколо Сонця, проходить кут 360°. Якщо вона проходить пів-обороту, то цей кут дорівнює 180°. Цей кут, прохідний планетою, і є фазою, стадією її коливального руху. Але оскільки мова йде не про різних незалежних планетах, а про єдину коливальній системі, то фази всіх планет треба відраховувати від одного і того ж значення. Так як планети обертаються навколо Сонця, то цей відлік треба пов'язувати з Сонцем. Припустимо, всі планети вишикувалися на одній лінії, але на різних віддалях від Сонця. Тут їх фаза дорівнює нулю. Нехай цей напрямок відповідає нульовий довготі Сонця, так званої геліоцентричної довготі. Після цього всім планетам дано старт. Фаза кожної з них стала збільшуватися по-різному, в залежності від величини швидкості їх обертання навколо Сонця. Рівно через 179 років ситуація повториться: всі планети знову вишикуються в одну лінію. Востаннє така подія спостерігалося в 1982 р. Так ось, виявляється, що є певні фази, тобто напрямки, які були названі резонансними. Ці напрями відповідають певним сонячним долготам. Чим ці фази знаменні? Тим, що в цих напрямках процеси на Сонці (воно також входить у єдину коливальну резонансну систему) найбільш нестійкі. Отже, на цих долготах у сонячній атмосфері, фотосфері і конвективної зоні процеси, викликані неустойчивостями, повинні розвиватися більш активно. Як же насправді? Вчені протягом багатьох років обговорюють проблему активних довгот на Сонці. Суть цих довгот полягає в тому, що в певних долготных інтервалах сонячні плями (а значить і все будова активної області) утворюються частіше, ніж на інших долготах. На активних долготах частіше утворюються активні області, частіше відбуваються вибухи - сонячні спалахи. Звідси більше викидається в міжпланетний простір, а значить і до Землі, заряджених частинок і хвильового випромінювання. Але виявилося, що активні довготи на Сонці, хоча і досить стабільні навіть протягом десятиліть, все ж чинять як би коливальні рухи в ту і іншу сторону. Це означає, що резонансні фази, які відповідають активним долготам на Сонці, змінюються з часом. Власне, так і повинно бути в коливальній системі, яка ще до кінця не зволюционизировала.

Природно, всіх на Землі цікавить, які події, зміни відбудуться у близькому і далекому майбутньому в атмосфері, гідросфері, як зміниться погода, клімат, врожайність і т. д. і т. п. Цей інтерес не є довільним, він природний, оскільки від усіх цих умов залежить наше життя і життя наших онуків. Людині треба навчитися передбачати, прогнозувати настання цих періодів, щоб правильніше, надійніше організувати виробництво, сільське господарство і всю свою життя. Зрештою, це потрібно для того, щоб зрозуміти минуле, так як життя людей і все, що відбувалося на нашій планеті в минулі століття і тисячоліття, визначалося також і умовами в космосі, на Сонці і в міжпланетному просторі.

Таким чином, питання резонансних фаз або активних довгот не є суто умоглядним. Він найтіснішим чином пов'язаний з можливістю прогнозування тих процесів на Сонці, які впливають на наше життя.

Про те, що планети впливають на процеси в сонячній атмосфері, здогадався ще Н. Вольф. На це були вагомі підстави. Наприклад, тривалість сонячного циклу виявилася дорівнює періоду обігу Юпітера. Дослідження впливу планет на сонячну активність проводилися активно до половини нинішнього століття. Потім частина вчених почала віддавати перевагу пошукам причин сонячної активності всередині самого Сонця. Ставлення до впливу планет в якійсь мірі стали плутати з астрологією. На жаль, у частини недалекоглядних фахівців таке ставлення до проблеми залишилося досі. Вони готові закреслити цілий етап у вирішенні цієї проблеми, який тривав кілька десятиліть. Так, Ю. І. Витинский пише: "Однак всі ці роботи дали набагато більше для розвитку математики, ніж для вивчення сонячної активності". Безсумнівно, прав Л. В. Мірошниченко, сказавши, що "досі не запропоновано жодного механізму внутрисолнечного походження, пояснює складний квазіперіодичний і багаточастотний характер сонячної активності". Проте вже в 60-ті рр. дослідження впливу планет на сонячну активність стали знову розвиватися. Крім викладених вище результатів по вивченню Сонячної системи як резонансної коливальної системи, широко вивчався вплив геометричного положення планет. Суть справи тут полягає в наступному. Кожне тіло має свій центр тяжіння. Він має ясний фізичний зміст. Наприклад, якщо підвісити тіло за центр тяжіння, то він обертатися не буде. Якщо є два тіла, то можна визначити їх єдиний центр тяжкості. При цьому вони не повинні зміщуватися відносно один одного. Звичайно, якщо їх взаємне розташування змінюється, то змінюється і положення центру ваги цих двох тел. Те ж саме справедливо і для системи декількох тіл, наприклад, Сонячної системи. Сонце набагато важче всіх планет, разом узятих. У ньому міститься 99% всієї маси Сонячної системи.

Може не всі знають, що є також атмосферні припливи. Уся вони виникають під дією сил тяжіння Сонця і Місяця. Природно очікувати, що і Земля (а також інші планети) будуть надавати приливне дію на речовину Сонця. Але оскільки маса Землі невелика, то і результат буде не настільки помітний, як при дії сонячних припливів на Землі. Припливи, спричинені планетами, викликають коливання фотосфери Сонця всього на 1 см по висоті. Звичайно, це мало для того, щоб чекати від цих припливів помітних наслідків. Але приливна сила може служити в якості спускового механізму. Для цього їй не обов'язково треба бути великою. Необхідно також мати на увазі, що чим вище над фотосферой, тим розмах приливних коливань сонячного газу стає більше. В даний час фахівці сходяться на тому, що приливні коливання сонячного газу, що викликаються планетами, повинні бути враховані при описі сонячної активності і фізики Сонця взагалі.