Феликс Зигель - Вселенная полна загадок

Раскаленные газы солнечной фотосферы находятся в непрерывном движении. Что же заставляет их сохранять постоянную температуру, близкую к 6 тысячам градусов?

Когда в холодной комнате вы включаете электроплитку, нагрев воздуха происходит по трем причинам. Во-первых, воздух обладает некоторой теплопроводностью. Тепло от раскаленной плитки непосредственно передается обволакивающему ее слою воздуха. Однако воздух не металл, и тепло он проводит плохо. Если бы не происходило движения частиц воздуха, перемешивания его теплых и холодных слоев, то нагреть комнату за счет одной теплопроводности воздуха удалось бы не скоро.

Во-вторых, перемешивание газовых струй, называемое в физике конвекцией, значительно ускоряет этот процесс. В-третьих, еще быстрее передается тепло через лучеиспускание. Вы подносите руку к плитке и сразу же ощущаете на своей ладони ее «жар». Тепло от спирали к руке перенесли лучи света, испускаемые плиткой. Их энергия затем преобразовалась в быстрое тепловое движение молекул вашей руки.

Участок солнечной поверхности с гранулами.

Все три процесса (теплопроводность, конвекция и лучеиспускание) ведут к одной цели — к выравниванию температуры.

Что же выравнивает температуру в фотосфере: теплопроводность, конвекция или лучеиспускание?

Конвективные токи в фотосфере существуют, и о них мы еще поговорим. Однако роль их в выравнивании температур оказывается невелика. Еще меньшую роль в этом процессе играет теплопроводность солнечных газов. Главная причина заключается в лучеиспускании.

Лучи света являются передатчиками тепла от горячих внутренних слоев Солнца к его атмосфере. Количество энергии, получаемое фотосферой из недр Солнца, всегда равно тому количеству энергии, которое фотосфера излучает. Говорят поэтому, что фотосфера находится в состоянии лучистого равновесия. Выражается это равновесие фотосферы в постоянстве ее температуры.

Даже в небольшие телескопы заметно, что фотосфера состоит из множества светлых зерен, разделенных более темными промежутками. Зерна, называемые гранулами, не остаются постоянными. Наоборот, они быстро меняются, и в среднем продолжительность существования каждой из гранул исчисляется тремя — пятью минутами.

Гранулы возникают и исчезают, непрерывно изменяясь по величине и форме. Замечено, что они слегка и притом хаотично смещаются вдоль солнечной поверхности со средней скоростью около 4 километров в секунду. Сорок процентов поверхности Солнца занято гранулами, а остальные 60 процентов — темными промежутками между ними. Темнота их, впрочем, относительна — они лишь на 10–20 процентов уступают по своей яркости гранулам.

Гранулы только кажутся маленькими. На самом деле их средний поперечник близок к 1000 километрам.

В последние годы удается фотографировать Солнце с больших высот. Французский астроном Дольфус, поднявшись в гондоле воздушного шара на высоту 7 километров, получил с помощью телескопа прекрасные фотографии солнечных гранул. Еще больших успехов добились американские астрономы. На специальном стратостате они достигли высоты 25 километров. Здесь с помощью 12-дюймового телескопа и автоматической фотокамеры ими было сделано более восьми тысяч фотоснимков Солнца. Качество таких снимков очень высокое, так как крайне разреженные слои стратосферы практически не мешают наблюдениям.

Теоретические подсчеты показывают, что в фотосфере, «подстилаемой» изнутри более горячими слоями газов, неизбежно должна возникнуть конвекция. Из глубин фотосферы поднимаются горячие и потому более яркие струи газов, а на их место опускаются массы охлажденных газов. Верхушки бьющих изнутри раскаленных газовых фонтанов мы и наблюдаем как гранулы. Промежутки между ними заняты опускающимися более холодными газами.

Миллиарды лет происходит это непрестанное движение. Оно помогает лучеиспусканию выравнивать температуру фотосферы.

Характерными образованиями в фотосфере являются солнечные пятна. Наибольшие из них видны даже невооруженным глазом (разумеется, через темный фильтр или сравнительно прозрачное облако). Мельчайшие из пятен, называемые порами, можно наблюдать только в телескопы.

В крупном солнечном пятне легко различить две его части — темное центральное ядро, называемое тенью, и окружающую его более светлую кайму — полутень. Тень обычно кажется равномерно темной, а в полутени иногда легко различить расходящиеся радиально от ядра светлые полоски — волокна.