Сергей Язев - Лекции о Солнце

Солнце, излучающее свет

Воистину, спектры Солнца оказались неисчерпаемыми кладезями информации. Со временем стало ясно, что на форму контуров фраунгоферовых линий оказывает влияние не только относительное число атомов данного типа и не только скорости их движения вдоль луча зрения. Если источник излучения погружен в магнитное поле, контуры линий меняются! И это означает, что спектральный анализ может позволить сделать вывод о напряженности магнитного поля, повлиявшего на спектр…

Открытие было сделано в 1896 году выдающимся нидерландским физиком Питером Зееманом (1865–1943), удостоенным за него только что учрежденной Нобелевской премии по физике 1902 года. Зееман обнаружил, что спектральные линии под воздействием магнитного поля расщепляются. Речь шла о линиях, создаваемых земными источниками света. Эти источники помещались в довольно сильные магнитные поля. При этом линии расщеплялись – превращались в две симметрично расположенные относительно первоначального положения линии. Вместо одной линии в результате возникал так называемый триплет: он обычно состоит из одного несмещаемого компонента и двух симметрично смещенных с каждой стороны. Явление получило название эффект Зеемана .

Несмещаемый компонент принято обозначать греческой буквой π (пи) – от немецкого слова parallel («параллельный»). Π-компонент виден только в том случае, если наблюдения проводятся в направлении, перпендикулярном магнитному полю. Излучение этого компонента поляризовано вдоль поля.

Смещенные компоненты обозначаются греческой буквой σ (сигма) – σ 1и σ 2. Наблюдения этих компонентов в перпендикулярном магнитному полю направлении показывают, что σ-компоненты линейно поляризованы, если смотреть в перпендикулярном полю направлении. Отсюда и название (σ – от нем. senkrecht , т. е. «перпендикулярный»).

Рис. 12. Иллюстрация расщепления магниточувствительной линии поглощения магнитным полем солнечного пятна. Вверху – линии в невозмущенной фотосфере, внизу – линии в солнечном пятне

Замечательно то, что величина смещения σ-компонентов относительно невозмущенной линии пропорциональна напряженности магнитного поля! Чем сильнее поле, тем сильнее расходятся σ-компоненты. Коэффициент пропорциональности (так называемый фактор Ланде ) оказывается различным для разных линий и зависит от структуры типа атомов, которые порождают данную фраунгоферову линию.

Заметить зеемановское расщепление в линиях солнечного спектра нелегко. Общее магнитное поле Солнца, как мы знаем сегодня, незначительно. Если «запустить» в спектроскоп солнечный свет от яркой поверхности светила, магнитное расщепление фраунгоферовых линий будет ничтожным. Но в солнечных пятнах – самых «интересных» местах на Солнце – расщепление оказалось достаточно заметным!

Открытие магнитных полей на Солнце – пожалуй, одно из самых значительных на всю историю изучения светила. Ниже мы увидим, что именно магнитные поля ответственны за невероятно сложные физические процессы на Солнце, в которых исследователи разбираются вот уже целый век. Честь открытия магнитных полей на дневном светиле принадлежит выдающемуся американскому астрофизику Джорджу Эллери Хэйлу (1868–1938).

Хэйл родился в Чикаго, окончил Массачусетский технологический институт. Интерес к астрономии у него проявился еще в детстве. Его отец поддерживал этот интерес, причем даже в то время, когда сын был уже вполне взрослым: Хэйл-старший финансировал небольшую частную обсерваторию в Кинвуде (близ Чикаго). Окончив институт, Хэйл-младший приступил к профессиональным наблюдениям Солнца на этой обсерватории. Здесь он построил прибор, который получил название спектрогелиограф . Принцип работы прибора заключается в следующем: если последовательно наводить телескоп, оснащенный спектроскопом, на разные участки поверхности Солнца, можно построить изображение Солнца в свете какой-нибудь одной выбранной линии. Изображение фотографируется.