Сергей Язев - Лекции о Солнце

В верхнем слое хромосферы плотность вещества падает до 10 9(миллиарда) атомов в кубическом сантиметре. Несмотря на то, что это в принципе довольно большое число, для нас это уже практически пустота, вакуум. На Земле мы привыкли к другим плотностям газа, в миллионы и миллиарды раз превышающие плотность плазмы в хромосфере Солнца.

Корона. Над хромосферой начинается внешний, самый протяженный и во многом самый загадочный слой солнечной атмосферы – корона . Корону удается увидеть во время полных солнечных затмений, когда яркое излучение фотосферы загорожено Луной. Тогда на потемневшем небе можно увидеть жемчужного цвета свечение неправильной формы, протягивающееся далеко от Солнца. Так, на снимках солнечного затмения 29 марта 2006 года, полученных в Турции Вячеславом Константиновичем Хондыревым и Эдвардом Владимировичем Кононовичем, отдельные структуры короны просматриваются на удалении 20 радиусов Солнца – а это почти 14 миллионов километров! (См. иллюстрацию на вклейке.)

Яркость короны в сотни раз меньше, чем яркость ясного дневного неба (поэтому кроме как во время затмения мы ее не видим) и в миллион раз меньше яркости фотосферы. Ее можно грубо сравнить с поверхностной яркостью Луны. При этом яркость коронального свечения быстро уменьшается по мере удаления от светила. Обычно корону подразделяют на наиболее яркую внутреннюю (удаленную от края солнечного диска не больше чем на 0,2–0,3 радиуса Солнца) и протяженную внешнюю.

Изучение спектров короны показывает, что ее свечение порождается рассеянием света, излучаемого фотосферой, на электронах в околосолнечном пространстве. Согласно сделанным оценкам, плотность частиц в короне должна быть на порядок меньше, чем в хромосфере, – примерно 10 8электронов в кубическим сантиметре!

Присутствие такого количества свободных электронов в короне можно объяснить только ионизацией: электроны при высоких температурах оказываются оторванными от ядер атомов. Поскольку плазма в целом должна быть нейтральной, в короне должно быть такое же количество положительно заряженных ионов (ядер атомов). Значит, общая концентрация частиц в короне в среднем должна быть порядка 2 × 10 8частиц в кубическом сантиметре.

Еще одно свойство короны – присутствие в ее спектре таинственных ярких линий, которые долгое время не удавалось отождествить. Доходило даже до того, что была выдвинута гипотеза о существовании здесь и только здесь особого химического элемента – корония. Однако все оказалось проще (а может быть, наоборот, сложнее). Выяснилось, что линии порождаются хорошо известными нам химическими элементами, но в особых условиях! Наиболее яркая зеленая линия оказалась продуктом излучения ионов железа Fe XIV – атомами железа, которые лишены 13 электронов! Еще одна яркая корональная линия красного цвета принадлежит железу, но девятикратно ионизованному – Fe X. Другие яркие линии принадлежат железу Fe XI, Fe XIII, никелю Ni XIII, Ni XV, Ni XVI, кальцию Ca XII, аргону Ar X и другим.

Факт существования излучения этих линий говорит о чрезвычайной разреженности соответствующих ионов: при высокой плотности вещества осуществилась бы рекомбинация: ионы быстро вернули бы себе потерянные электроны. С другой стороны, чтобы оторвать у атомов такое количество электронов, нужна огромная энергия! Для этого необходимы столкновения частиц при очень высоких скоростях. Согласно расчетам, скорее всего, атомы сталкиваются с электронами, разогнанными до скоростей в несколько тысяч километров в секунду. Как мы помним, мерой скорости частиц в газе является его температура. Оценки температуры разреженной корональной плазмы дают значения порядка миллиона градусов!

Именно поэтому не наблюдаются фраунгоферовы линии в излучении внутренней короны. Огромные скорости электронов, рассеивающих солнечный свет, приводят к тому, что контуры фраунгоферовых линий из-за доплеровского эффекта сильно расширяются и размываются, в итоге слабые и сильно размытые линии оказываются совсем незаметными.

Таким образом, корона оказалась состоящей из сильно разреженной и очень горячей плазмы. Излучение короны иногда удается наблюдать не только во время затмений и не только с борта космических аппаратов. Специальные телескопы – коронографы, в которых яркий свет фотосферы закрыт искусственной Луной, обычно устанавливают высоко в горах, чтобы минимизировать яркий рассеянный свет земной атмосферы. Наиболее яркие линии излучения короны можно при этом успешно наблюдать.