Сергей Язев - Лекции о Солнце

Еще одна важная величина, характеризующая Солнце, – это, конечно, мощность его излучения, или светимость. Систематические измерения потока электромагнитной энергии, поступающей от Солнца, ведутся уже более века. Точность этих измерений постепенно увеличивается, при этом все более корректно удается учесть ту часть энергии, которая поглощается и рассеивается земной атмосферой. Аппаратура, установленная на спутниках, позволяет непосредственно определять, сколько электромагнитной энергии падает за секунду на квадратный метр поверхности, перпендикулярной солнечным лучам. Измерения проводятся на расстоянии, равном среднему радиусу орбиты Земли – примерно 150 миллионам километров.

Получаемая величина называется солнечной постоянной . Как мы видим, ее определение отличается от первоначального, введенного в XIX веке, хотя близко к нему по сути. Солнечная постоянная равна 1366 ± 4 ватта на квадратный метр. Современная погрешность измерений – не более 0,3 %.

Теперь мы уже знаем из прямых измерений, что до поверхности Земли доходит примерно 800–900 ватт солнечной энергии на квадратный метр. Остальное частично отражается обратно в космос от атмосферных образований (облаков), частично рассеивается и поглощается в атмосфере.

Зная, сколько энергии падает на квадратный метр за секунду вблизи Земли, нетрудно вычислить, сколько всего энергии расходится за секунду от Солнца во все стороны (определить общую светимость). Она оказывается чудовищно большой: примерно 3,84 × 10 26ватт! Каждый квадратный метр огромной поверхности Солнца излучает 63,1 миллионов ватт электромагнитной энергии!

Чтобы наглядно представить себе мощность солнечного энерговыделения, можно вспомнить следующий пример, предложенный в свое время известным советским астрономом и популяризатором астрономии Борисом Александровичем Воронцовым-Вельяминовым (1904–1994). Ледяной мост в виде длинного цилиндра диаметром три километра, проброшенный от Солнца до Земли, за секунду растаял бы, а через восемь секунд испарился бы, если бы всю мощность солнечного излучения удалось сконцентрировать на нем.

Вопрос, насколько стабильно светит Солнце, оказывается важным не только с точки зрения фундаментальной науки. Понятно, что температура на Земле, параметры климата и многие другие характеристики нашей планеты напрямую зависят от того, сколько энергии в виде света и тепла падает на поверхность нашей планеты. Другими словами, действительно ли постоянна солнечная постоянная?

С одной стороны, понятно, что если солнечная постоянная и менялась в прошлом, то вряд ли существенно, иначе Земля бы претерпевала значительные скачки температуры с тяжелыми последствиями – от замерзания водоемов и гибели теплолюбивой части биосферы до массового таяния снегов, повышения уровня океана, усиленного парообразования и формирования мощной, влажной и раскаленной атмосферы.

Тем не менее, есть явные свидетельства, что климат в прошлом ощутимо менялся. Во времена динозавров (65–100 миллионов лет назад), на всей Земле было гораздо теплее (считается, что на 15–20 градусов!), и неопровержимые свидетельства этому находят геологи и палеонтологи. Хорошо известны и оледенения, когда граница вечных снегов опускалась на низкие широты. Причины этих изменений достоверно неизвестны, но вариации солнечной постоянной (изменения режима солнечного энерговыделения), безусловно, фигурируют в списке возможных причин.

Непрерывные измерения солнечной постоянной в течение последних десятилетий показали, что она слабо меняется с характерным временем порядка нескольких суток. Выяснилось, что небольшие (от +0,2 до –0,4 %) вариации солнечной постоянной связаны с появлением и исчезновением на Солнце пятен и факелов. В то же время обнаружены и более долговременные циклические изменения (с амплитудой порядка 0,1 %), с периодичностью около 11 лет. Таким образом, Солнце можно отнести к разряду слабопеременных звезд, светимость которых слабо и периодически меняется.

Есть ли у Солнца более длительные периоды изменения солнечной постоянной? Если есть, то каков размах этих изменений? Прямые измерения пока осуществляются слишком непродолжительное время, чтобы достоверно обнаружить долговременные вариации солнечной постоянной. Косвенные же данные говорят, что такие циклы, судя по всему, есть: порядка 100 или даже 2400 лет. Амплитуда этих изменений, похоже, невелика, и для выявления таких периодов требуются сложные и тонкие математические процедуры обработки долговременных рядов различных данных.