На диске Солнца появилась одна из самых крупных в этом году активных областей, а значит, на Солнце снова есть пятна — притом что наша звезда вступает в период минимальной активности. О природе и истории обнаружения солнечных пятен, а также об их влиянии на земную атмосферу рассказывает сотрудник Лаборатории рентгеновской астрономии Солнца ФИАН, доктор физико-математических наук Сергей Богачев.
NASA
В первом десятилетии XVII века итальянский ученый Галилео Галилей и немецкий астроном и механик Кристоф Шейнер приблизительно одновременно и независимо друг от друга усовершенствовали изобретенную за несколько лет до этого подзорную трубу (или телескоп) и создали на ее основе гелиоскоп — прибор, позволяющий наблюдать Солнце, проецируя его изображение на стену. На этих изображениях ими были обнаружены детали, которые можно было бы принять за дефекты стены, если бы они не перемещались вместе с изображением — небольшие пятна, усеивающие поверхность идеального (и отчасти божественного) центрального небесного тела — Солнца. Так в историю науки вошли солнечные пятна, а в нашу жизнь — поговорка о том, что на свете нет ничего идеального: «И на Солнце есть пятна».
Солнечные пятна являются основной деталью, которую можно разглядеть на поверхности нашей звезды без применения сложной астрономической техники. Видимые размеры пятен составляю порядка одной угловой минуты (размер 10-копеечной монеты с расстояния в 30 метров), что находится на пределе разрешения человеческого глаза. Однако достаточно совсем простого оптического прибора, увеличивающего всего в несколько раз, чтобы эти объекты были обнаружены, что, собственно, и произошло в Европе в начале XVII века. Отдельные наблюдения пятен, впрочем, регулярно происходили и до этого, причем часто они делались просто глазом, но оставались незамеченными или непонятыми.
Природу пятен некоторое время пытались объяснить, не затрагивая идеальность Солнца, например, как облака в солнечной атмосфере, но довольно быстро стало понятно, что они относятся посредственно к солнечной поверхности. Природа их, тем не менее, оставалась загадкой вплоть до первой половины XX, когда на Солнце впервые были обнаружены магнитные поля и оказалось, что места их концентрации совпадают с местами формирования пятен.
Почему пятна выглядят темными? Прежде всего надо заметить, что их темнота не является абсолютной. Она, скорее, подобна темному силуэту человека, стоящего на фоне освещенного окна, то есть является лишь кажущейся на фоне очень яркого окружающего света. Если измерить «яркость» пятна, то можно обнаружить, что оно также излучает свет, но лишь на уровне 20-40 процентов от нормального света Солнца. Этого факта достаточно, чтобы без каких-либо дополнительных измерений определить температуру пятна, так как поток теплового излучения от Солнца однозначно связан с его температурой через закон Стефана-Больцмана (поток излучения пропорционален температуре излучающего тела в четвертой степени). Если положить яркость обычной поверхности Солнца с температурой около 6000 градусов Цельсия как единицу, то температура солнечных пятен должна составлять около 4000-4500 градусов. Собственно говоря, так оно и есть — солнечные пятна (а это впоследствии было подтверждено и иными методами, например спектроскопическими исследованиями излучения), являются просто участками поверхности Солнца более низкой температуры.
Связь пятен с магнитными полями объясняется влиянием магнитного поля на температуру газа. Такое влияние связано с наличием у Солнца конвективной (кипящей) зоны, которая простирается от поверхности на глубину примерно трети солнечного радиуса. Кипение солнечной плазмы непрерывно поднимает из его недр к поверхности горячую плазму и тем самым повышает температуру поверхности. В областях, где поверхность Солнца пробивают трубки сильного магнитного поля, эффективность конвекции подавляется вплоть до полной ее остановки. В результате без подпитки горячей конвективной плазмой поверхность Солнца остывает как раз до температур порядка 4000 градусов. Формируется пятно.
Активная область на Солнце 26 апреля 2018 года
NASA
В наши дни пятна изучают в основном как центры активных солнечных областей, в которых концентрируются солнечные вспышки. Дело в том, что магнитное поле, «источником» которого являются пятна, приносит в атмосферу Солнца дополнительные запасы энергии, которые являются для Солнца «лишними», и оно, как и любая физическая система, стремящаяся минимизировать свою энергию, пытается от них избавиться. Эта дополнительная энергия так и называется — свободная. Для сброса лишней энергии существует два основных механизма.
Первый, когда Солнце просто выбрасывает в межпланетное пространство отягощающую его часть атмосферы вместе с лишними магнитными полями, плазмой и токами. Эти явления называют корональными выбросами массы. Соответствующие выбросы, распространяясь от Солнца, достигают порой колоссальных размеров в несколько миллионов километров и являются, в частности, главной причиной магнитных бурь — удар такого сгустка плазмы по магнитному полю Земли выводит его из равновесия, заставляет колебаться, а также усиливает электрические токи, текущие в магнитосфере Земли, что и составляет суть магнитной бури.
Второй способ — это солнечные вспышки. В этом случае свободная энергия сжигается непосредственно в солнечной атмосфере, однако последствия этого тоже могут доходить до Земли — в виде потоков жесткого излучения и заряженных частиц. Такое воздействие, являющееся по своей природе радиационным, является одной из главных причин выхода из строя космических аппаратов, а также полярных сияний.
Не стоит, впрочем, обнаружив на Солнце пятно, сразу готовиться к солнечным вспышкам и магнитным бурям. Довольно частой является ситуация, когда появление на диске Солнца пятен, даже рекордно крупных, не приводит даже к минимальному повышению уровня солнечной активности. Почему так происходит? Связано это с природой высвобождения магнитной энергии на Солнце. Такая энергия не может высвободиться из одного магнитного потока, точно так же как лежащий на столе магнит, как бы его ни трясли, не создаст никакой солнечной вспышки. Таких потоков должно быть, как минимум, два, и они должны иметь возможность для взаимодействия друг с другом.
Поскольку одна магнитная трубка, пробивающая поверхность Солнца в двух местах, создает два пятна, то все группы пятен, в которых пятен всего два или одно, создавать вспышки не способны. Эти группы образованы одним потоком, которому не с чем взаимодействовать. Такая пара пятен может быть гигантской и существовать на диске Солнца месяцами, пугая Землю своими размерами, но не создаст ни одной, даже минимальной, вспышки. Подобные группы имеют классификацию и называются типом Альфа, если пятно одно, или Бета, если их два.
Сложное солнечное пятно типа Бета-Гамма-Дельта. Сверху — пятно в видимом диапазоне, внизу — магнитные поля, показанные с помощью прибора HMI на борту космической обсерватории SDO
NASA
Если вы обнаружили сообщение о появлении на Солнце нового пятна, не поленитесь и посмотрите тип группы. Если это Альфа или Бета, то можете не беспокоиться — ни вспышек, ни магнитных бурь Солнце в ближайшие дни не произведет. Более сложным классом является Гамма. Это группы пятен, в которых существует несколько пятен северной и южной полярности. В такой области существует как минимум два взаимодействующих магнитных потока. Соответственно, такая область будет терять магнитную энергию и подпитывать солнечную активность. И, наконец, последний класс — Бета-Гамма. Это максимально сложные области, с предельно запутанным магнитным полем. Если такая группа появилась в каталоге, можно не сомневаться — распутывать эту систему Солнце будет не менее нескольких дней, сжигая энергию в виде вспышек, в том числе крупных, и выбрасывая плазму, пока не упростит данную систему до простой конфигурации Альфа или Бета.
Впрочем, несмотря на «устрашающую» связь пятен со вспышками и магнитными бурями, не следует забывать, что это одно из наиболее замечательных астрономических явлений, которое можно наблюдать с поверхности Земли в любительские инструменты. Наконец, солнечные пятна, это очень красивый объект — достаточно посмотреть на их снимки, полученные с высоким разрешением. Тем же, кто даже после этого не способен забыть о негативных аспектах этого явления, можно утешиться тем, что число пятен на Солнце все-таки относительно мало (не более 1 процента поверхности диска, а чаще гораздо меньше).
Ряд типов звезд, как минимум красные карлики, «страдают» в куда большей степени — пятнами в них может быть покрыто до десятков процентов площади. Можно вообразить, какие проблемы с космической погодой имеют гипотетические обитатели соответствующих планетных систем, и еще раз порадоваться, рядом с какой относительно спокойной звездой нам посчастливилось жить.
nplus1.ru
Что такое солнечные пятна? Что известно науке о пятнах на Солнце
В настоящее время солнечные пятна уже не такое загадочное явление, как, например, в середине прошлого тысячелетия. Каждый обитатель нашей планеты в курсе, что на главном источнике тепла и света находятся небольшие потемнения, которые сложно рассмотреть без специальных приспособлений. Но далеко не всем известен факт, что именно они приводят к солнечным вспышкам, которые могут сильно отразиться на магнитном поле Земли.
Определение
Говоря простым языком, солнечные пятна – это тёмные участки, образующиеся на поверхности Солнца. Ошибочно полагать, что они не излучают яркий свет, однако по сравнению с остальной фотосферой они действительно гораздо мрачнее. Их основной характеристикой является пониженная температура. Таким образом, солнечные пятна на Солнце холоднее примерно на 1500 Кельвинов, чем другие окружающие их участки. По сути, они представляют собой те самые области, сквозь которые магнитные поля выходят на поверхность. Благодаря этому явлению можно говорить о таком процессе, как магнитная активность. Соответственно, если пятен мало, то это именуется спокойным периодом, а когда их много, то такой период будет называться активным. Во время последнего свечение Солнца чуть более яркое из-за факелов и флоккулов, расположенных вокруг тёмных участков.
Изучение
Наблюдение солнечных пятен ведется давно, оно своими корнями уходит ещё в эпоху до нашей эры. Так, Теофраст Аквинский ещё в IV веке до н. э. в своих работах упоминал об их существовании. Первая зарисовка потемнений на поверхности главной звезды была обнаружена в 1128 году, принадлежит она Джону Ворчестеру. Помимо этого, в древнерусских произведениях XIV века упоминается о чёрных солнечных вкраплениях. Наука стремительно начала заниматься их изучением в 1600-х годах. Большинство учёных того периода придерживались версии, что солнечные пятна – это движущиеся вокруг оси Солнца планеты. Но после изобретения Галилеем телескопа этот миф был развеян. Ему первому удалось выяснить, что пятна являются неотъемлемыми от самой солнечной структуры. Это событие породило мощную волну исследований и наблюдений, которые не прекращаются с тех самых пор. Современное изучение поражает воображение своими масштабами. В течение 400 лет прогресс в этой области сделался ощутимым, и сейчас Бельгийская королевская обсерватория занимается подсчётом количества солнечных пятен, но раскрытие всех граней этого космического явления всё ещё продолжается.
Появление
Ещё в школе детям рассказывают о существовании магнитного поля, однако обычно упоминают лишь полоидальный компонент. Но теория солнечных пятен предполагает изучение также тороидального элемента, естественно, речь уже идёт о магнитном поле Солнца. У Земли его невозможно вычислить, так как оно не появляется на поверхности. Другая ситуация обстоит с небесным светилом. При совокупности определённых условий магнитная трубка всплывает наружу сквозь фотосферу. Как вы догадались, этот выброс приводит к тому, что на поверхности образуются солнечные пятна. Чаще всего это происходит массово, именно поэтому наиболее распространены групповые скопления пятен.
Свойства
В среднем температура Солнца достигает 6000 К, в то время как у пятен она составляет около 4000 К. Однако это не мешает им по-прежнему производить мощное количество света. Солнечные пятна и активные области, то есть группы пятен, имеют разные сроки существования. Первые живут от пары дней до нескольких недель. А вот последние куда более живучие и могут оставаться в фотосфере на протяжении месяцев. Что касается структуры каждого отдельного пятна, то она представляется непростой. Центральная его часть называется тенью, которая внешне выглядит однотонной. В свою очередь, она окружена полутенью, отличающейся своей изменчивостью. В результате соприкосновения холодной плазмы и магнитной на ней заметны колебания вещества. Размеры солнечных пятен, а также их количество в группах может быть самым разнообразным.
Циклы солнечной активности
Всем известно, что уровень солнечной активности постоянно меняется. Это положение привело к возникновению понятия 11-летнего цикла. Солнечные пятна, их появление и число очень тесно взаимосвязаны с этим явлением. Однако этот вопрос остаётся противоречивым, так как один цикл может варьироваться от 9 до 14 лет, а также уровень активности неустанно изменяется от столетия к столетию. Таким образом, могут быть периоды некого затишья, когда более одного года пятна практически отсутствуют. Но может случиться и обратное, когда их количество считается аномальным. Раньше отсчёт начала цикла начинался с момента минимальной солнечной активности. Но с появлением усовершенствованных технологий исчисление ведётся с того момента, когда изменяется полярность пятен. Данные о прошлых солнечных активностях доступны для изучения, однако они вряд ли могут стать самым верным помощником в прогнозировании будущего, ведь природа Солнца весьма непредсказуема.
Воздействие на планету
Не секрет, что магнитные явления на Солнце тесным образом взаимодействуют с нашей повседневной жизнью. Земля постоянно подвергается атакам различных раздражителей извне. От их разрушительного воздействия планета защищена при помощи магнитосферы и атмосферы. Но, к сожалению, они не способны противостоять ему полностью. Таким образом, из строя могут быть выведены спутники, нарушается радиосвязь, а космонавты подвержены повышенной опасности. Помимо этого, излучение влияет на климатические изменения и даже на внешность человека. Существует такое явление, как солнечные пятна на теле, появляющиеся под воздействием ультрафиолета.
Этот вопрос ещё не изучен должным образом, как и влияние солнечных пятен на повседневную жизнь людей. Ещё одним явлением, зависящим от магнитных нарушений, можно назвать северное сияние. Магнитные бури стали одним из самых известных последствий солнечной активности. Они представляют собой ещё одно внешнее поле вокруг Земли, которое параллельно постоянному. Современные учёные даже связывают повышенную смертность, а также обострение заболеваний сердечно-сосудистой системы с появлением этого самого магнитного поля. А в народе это даже постепенно начало превращаться в суеверие.
fb.ru
Пятна на Солнце
Первый человек, который сумел обнаружить пятна на Солнце, сконструировав в 1680 году собственный телескоп, был Галилео Галилей. Пятна через трубу телескопа были похожи на черные дыры в белом диске.
Почти в любой ясный день можно наблюдать солнечные пятна, причем они сильно отличаются по размерам. Отдельные смахивают на небольшие точки, а другие могут достигать внушительных размеров. Один раз астрономы наблюдали пятно длиной около 150 000 километров, и шириной порядка 95 000.
Исследователи имеют в своем распоряжении довольно убедительные доказательства того, что появление пятен на Солнце – это результат электромагнитных процессов.
Были приведены доказательства того, что они представляют собой большие вихри наэлектризованной материи, попарно вырывающимися из недр небесного светила в виде латинской буквы U. Высвобождающаяся при появлении солнечных пятен электрическая энергия направляется в космическое пространство в виде пучков отрицательно заряженных частиц — электронов. Часть из них попадает в атмосферу Земли, что является причиной различных явлений на ней.
В качестве примера такого явления можно привести Северное сияние. Помимо того, эти пучки электронов вызывают ощутимые радиопомехи и приводят к увеличению озонового слоя в верхних слоях атмосферы. Почти все солнечные пятна исчезают в течение первых дней после своего появления. Тем не менее, отдельные пятна остаются и по прошествии двух месяцев и даже дольше. Количество пятен на Солнце то увеличивается, то уменьшается - такие циклы длятся чуть более 21 года. Систематические наблюдения за ними продолжаются с середины прошлого века, и исследователи по-прежнему продолжают заниматься их изучением, а также их влиянием, которое они оказывают на нашу жизнь.
Зачем НАДО менять конституцию? Основной этап сбора Коллективных обращений продлится с 1 марта по 31 мая 2019 года Скачать бланк обращения https://yadi.sk/d/_LgYG_MAcJ8rpA
zablugdeniyam-net.ru
Пятна на Солнце - это... Что такое Пятна на Солнце?
Группа пятен на Солнце, сфотографированная в видимом свете. Снимок сделан космическим аппаратом 13 декабря 2006 года.
Со́лнечные пя́тна — тёмные области на Солнце, температура которых понижена примерно на 1500 К по сравнению с окружающими участками фотосферы. Наблюдаются на диске Солнца (с помощью оптических приборов, а в случае крупных пятен — и невооружённым глазом) в виде тёмных пятен. Солнечные пятна являются областями выхода в фотосферу сильных (до нескольких тысяч гауссов) магнитных полей. Потемнение фотосферы в пятнах обусловлено подавлением магнитным полем конвективных движений вещества и, как следствие, снижением потока переноса тепловой энергии в этих областях.
Количество пятен на Солнце (и связанное с ним число Вольфа) — один из главных показателей солнечной магнитной активности.
На более холодных звёздах (класса K и холоднее) наблюдаются пятна намного большей площади, чем на Солнце.[1]
Возникновение
Возникновение солнечного пятна: магнитные линии проникают сквозь поверхность Солнца
Пятна возникают в результате возмущений отдельных участков магнитного поля Солнца. В начале этого процесса пучок магнитных линий «прорывается» сквозь фотосферу в область короны и тормозит конвекционное движение плазмы в грануляционных ячейках, препятствуя в этих местах переносу энергии из внутренних областей наружу. Первым в этом месте возникает факел, чуть позже и западнее – маленькая точка, называемая пора, размером несколько тысяч километров. В течение нескольких часов величина магнитной индукции растет (при начальных значениях 0,1 тесла), и размер и количество пор увеличивается. Они сливаются друг с другом и формируют одно или несколько пятен. В период наибольшей активности пятен величина магнитной индукции может достигать 0,4 тесла.
Срок существования пятен достигает нескольких месяцев, то есть отдельные пятна могут наблюдаться в течение нескольких оборотов Солнца вокруг себя. Именно этот факт (движение наблюдаемых пятен вдоль солнечного диска) послужил основой для доказательства вращения Солнца и позволил провести первые измерения периода обращения Солнца вокруг своей оси.
Пятна обычно формируются группами, однако иногда возникает одиночное пятно, живущее всего несколько дней, или два пятна, с направленными из одного в другое магнитными линиями.
Первое возникшее в такой двойной группе называется P-пятно (англ. preceding) старейшее – F-пятно (англ. following).
Только половина пятен живут больше двух дней, и всего десятая часть переживает 11-дневный порог
Группы пятен всегда вытягиваются параллельно солнечному экватору.
Свойства
Средняя температура поверхности Солнца около 6000 С (эффективная температура – 5770 К, температура излучения – 6050 К). Центральная, самая темная, область пятен имеет температуру всего около 4000 С, наружные области пятен, граничащие с нормальной поверхностью, - от 5000 до 5500 С. Несмотря на то, что температура пятен ниже, их вещество все равно излучает свет, хоть и в меньшей степени, чем остальная поверхность. Именно из-за этой разницы температур при наблюдении и возникает ощущение, что пятна темные, почти черные, хотя на самом деле они тоже светятся, однако их свечение теряется на фоне более яркого солнечного диска.
Пятна – области наибольшей активности на Солнце. В случае, если пятен много, то существует высокая вероятность того, что произойдет пересоединение магнитных линий – линии, проходящие внутри одной группы пятен, рекомбинируют с линиями из другой группы пятен, имеющими противоположную полярность. Видимым результатом этого процесса является солнечная вспышка. Всплеск излучения, достигая Земли, вызывает сильные возмущения ее магнитного поля, нарушает работу спутников и даже оказывает влияние на расположенные на планете объекты. Благодаря нарушениям магнитного поля увеличивается вероятность возникновения северных сияний в низких географических широтах. Ионосфера Земли также подвержена флуктуациям солнечной активности, что проявляется в изменении распространения коротких радиоволн.
В годы, когда пятен на солнце мало, размер Солнца уменьшается на 0,1%. Годы в промежутке между 1645 и 1715 (минимум Маундера), известны глобальным похолоданием, и называют малым ледниковым периодом.
Классификация
Множественные группы солнечных пятен: хорошо различимы тень и полутень. 16 мая 2000 г.
Пятна классифицируют в зависимости от срока жизни, размера, расположения.
Стадии развития
Локальное усиление магнитного поля, как было сказано выше, тормозит движение плазмы в конвекционных ячейках, тем самым замедляя вынос тепла на поверхность Солнца. Охлаждение затронутых этим процессом гранул (примерно на 1000 С) приводит к их потемнению и формированию единичного пятна. Некоторые из них исчезают через несколько дней. Другие развиваются в биполярные группы из двух пятен, магнитные линии в которых имеют противоположную полярность. Из них могут сформироваться группы из множества пятен, которые в случае дальнейшего увеличения области полутени объединяют до сотни пятен, достигая размеров в сотни тысяч километров. После этого происходит медленное (в течение нескольких недель или месяцев) снижение активности пятен и уменьшение их размеров до маленьких двойных или одинарных точек.
Самые крупные группы пятен всегда имеют связанную группу в другом полушарии (северном или южном). Магнитные линии в таких случаях выходят из пятен в одном полушарии и входят в пятна в другом.
Цикличность
Реконструкция солнечной активности за 11000 лет
Солнечный цикл связан с частотой появления пятен, их активностью и сроком жизни. Один цикл охватывает примерно 11 лет. В периоды минимума активности пятен на Солнце очень мало или нет вообще, в то время как в период максимума их может наблюдаться несколько сотен. В конце каждого цикла полярность солнечного магнитного поля меняется на противоположную, поэтому правильнее говорить о 22-летнем солнечном цикле.
Длительность цикла
11 лет – приблизительный промежуток времени. Хотя в среднем он длится 11,04 года, бывают циклы длиной от 9 до 14 лет. Средние значения также меняются на протяжении столетий. Так, в 20 веке средняя длина цикла составила 10,2 года. Минимум Маундера (наряду с другими минимумами активности) говорят, что возможно увеличение цикла до порядка в сотню лет. По анализам изотопа Be10 в гренландских льдах получены данные, что за последние 10000 лет было более 20 таких долгих минимумов.
Длина цикла непостоянна. Швейцарский астроном Макс Вальдмайер утверждал, что переход от минимума к максимуму солнечной активности происходит тем быстрее, чем больше максимальное количество солнечных пятен, зарегистрированное в этом цикле.
Начало и конец цикла
Пространственно-временное распределение магнитного поля по поверхности Солнца.
В прошлом началом цикла считался момент, когда солнечная активность пребывала в точке своего минимума. Благодаря современным методам измерений стало возможно определять изменение полярности солнечного магнитного поля, поэтому сейчас за начало цикла принимают момент изменения полярности пятен.
Циклы идентифицируются по порядковому номеру, начиная с первого, отмеченного в 1749 Johann Rudolf Wolfом. Текущий цикл (апрель 2009) имеет номер 24.
Данные о последних солнечных циклах
Номер цикла
Год и месяц начала
Год и месяц максимума
Максимальное количество пятен
18
1944-02
1947-05
201
19
1954-04
1957-10
254
20
1964-10
1968-03
125
21
1976-06
1979-01
167
22
1986-09
1989-02
165
23
1996-09
2000-03
139
24
2008-01
2012-12
87.
В 19 веке и приблизительно до 1970 года существовала догадка, что существует периодичность изменения максимального количества солнечных пятен. Эти 80-летние циклы (с наименьшими максимумами пятен в 1800-1840 и 1890-1920 гг.) в настоящее время связывают с процессами конвекции. Другие гипотезы говорят о существовании еще больших, 400-летних циклов.
