На этом примере видно, как радикально изменялись представления о Солнце за очень короткий промежуток времени.
Не менее серьезные изменения произошли и в наших знаниях о межпланетной среде. Сегодня мы уже знаем, что это не пустота, земля буквально плавает в верхней части короны Солнца, и она обдувается потоком частиц — солнечным ветром.
Солнечная корона во время затмения.
Явление это, как нередко бывает в науке, предсказано было теоретически, «на кончике пера», в 1958 году, совсем недавно. Интересно, что толчком послужил анализ поведения комет.
Давно считалось, что солнечное излучение влияет на форму и давление вещества в хвостах комет, но только в начале 50-х годов нашего столетия было строго показано, что как ионизация, так и направленное наружу ускорение материала в хвостах комет намного больше, чем если бы это было вызвано одним световым давлением. Кроме того, хвосты комет явно реагировали на солнечную активность: ускорение движения вещества увеличивалось в годы повышенной солнечной активности.
Все встало на свои места, когда советская станция «Луна-2» обнаружила в межпланетном пространстве потоки плазмы, которые с довольно большими скоростями двигались от Солнца. Потоки эти состоят из протонов, электронов, более тяжелых ионов, и в зависимости от солнечной активности они имеют различную скорость от 200 до 1000 километров в секунду. Таким образом, оказалось, что из нашей звезды, из ее короны происходит непрерывное истечение вещества.
Связь солнечного ветра со структурой короны обнаружилась довольно быстро, и здесь ученым пришлось обратить особое внимание на обширные области в короне, практически не дающие рентгеновского излучения. Области эти получили название корональных дыр. Им присущи интересные особенности. Во-первых, плотность короны над дырами примерно в три раза ниже, чем для среднего спокойного Солнца. Во-вторых, температура короны над ними заметно ниже, она составляет «всего» миллион градусов, тогда как над спокойными нормальными областями приближается к двум миллионам градусов.
Солнечная корона в инфракрасном диапазоне.
Интересно, что в фотосфере и нижней хромосфере дыры проявляются мало, а чаще всего вообще не проявляются. Ни грануляция, ни супергрануляция, по всей видимости, никак с ними не связаны, приток механической энергии, проходящий через фотосферу вверх (акустические волны), вероятно, один и тот же внутри и вне дыр. Но тогда непонятно, на что же расходуется избыток энергии. Ведь температура и плотность в корональних дырах поменьше, чем в окружающих областях, а это означает меньшие потери на излучение (именно поэтому дыры и выглядят темными).
Вопрос этот не простой, и ответ на него был найден не сразу. Лишь данные, полученные в последнее время, самым решительным образом продемонстрировали тот факт, что таинственный избыток энергии идет на создание и ускорение солнечного ветра, который истекает главным образом из областей, где расположены корональные дыры.
Самые крупные дыры расположены у полюсов Солнца. Эти дыры живут особенно долго: космический корабль «Скайлэб» наблюдал полярную дыру в течение восьми месяцев. Размеры этих дыр позволяют предположить, что из полярных областей Солнца исходит солнечный ветер огромной силы. По сравнению с ним солнечный ветер, наблюдающийся в околоземном пространстве, показался бы совсем слабым.
Чтобы представить себе масштабы этого явления, заметим, что солнечный ветер уносит ежесекундно около миллиона тонн вещества! Солнечный ветер оказывает сильное воздействие на нашу планету, вызывая, например, полярные сияния. Давайте посмотрим немного подробнее, как взаимодействуют потоки солнечной плазмы с Землей, вернее, не с твердым телом планеты, а с самыми внешними ее оболочками.
Итак, в течение многих миллиардов лет потоки солнечной плазмы атакуют Землю. Первым защитным бастионом здесь является магнитное поле Земли. Именно оно не дает частицам солнечного ветра возможность напрямую бомбардировать Землю. Под воздействием потока плазмы геомагнитное поле «поджимается» ближе к дневной поверхности Земли, а солнечный ветер начинает обтекать магнитное препятствие, встретившееся на его пути. Причем, вполне естественно, напряженность геомагнитного поля при такой деформации возрастает.
Все эти события разыгрываются в некой довольно узкой зоне, расположенной от нас на расстоянии 10–12 земных радиусов. А во время сильных магнитных бурь граница магнитосферы сильно приближается к нам, и геомагнитное поле поджато до 4–6 земных радиусов.
Однако некоторые наиболее энергичные частицы могут прорываться через магнитосферные щели — участки, где поле очень слабое. Эти частицы ответственны за разрушение ионосферы Земли, и, следовательно, за все те нарушения радиосвязи, о которых мы говорили. Около магнитных полюсов силовые линии геомагнитного поля расположены ближе к поверхности Земли. Заряженные частицы солнечного ветра, двигаясь вдоль магнитных силовых линий, проникают в полярных районах более глубоко в атмосферу и, взаимодействуя там с атомами и молекулами, передают им часть своей энергии. В верхней атмосфере возбуждается таким путем свечение, и мы можем наблюдать одно из самых красивых явлений природы — полярные сияния.
Все явления, о которых мы сейчас говорили, тесно связаны с магнитными полями Солнца. Природа вспышек, протуберанцев, солнечных пятен станет ясной лишь тогда, когда до конца будет понят механизм, приводящий к возникновению магнитных полей на Солнце. Сейчас общепринятой теории всех этих явлений нет. Именно поэтому мы не понимаем, в частности, чем обеспечена устойчивость солнечных пятен, как происходит нагрев короны и т. д.
Но чувство неудовлетворенности от в общем-то большого числа нерешенных загадок, которые ставит нам Солнце, отчасти смягчается тем обстоятельством, что все эти нерешенные вопросы мы не в состоянии даже поставить по отношению к другим солнцам — далеким звездам. Исследование Солнца дает нам ключ к пониманию множества процессов, проходящих в дальнем космосе, и, не будь Солнца, мы вынуждены были бы ограничиваться лишь догадками.
Заключение
В этом томе «Мира астрономии» мы познакомились с основными (но отнюдь не со всеми!) проблемами современной астрофизики. Более 50 лет назад Эйнштейн в одном из своих выступлений произнес замечательную фразу: «Если говорить честно, мы хотим не только знать, как устроена природа… но и по возможности достичь цели, утопической и дерзкой на вид, — узнать, почему природа является именно такой. В этом состоит „прометеевский элемент научного творчества“».
Вся астрономия, ее методология, цели, задачи прекрасно гармонируют с приведенным выше высказыванием великого физика. Действительно, наблюдательная астрономия занимается вопросом, как устроен мир; теоретики астрофизики пытаются выяснить, почему он устроен именно таким образом, а не как-нибудь иначе.
Успехи на этих двух генеральных направлениях современного естествознания очевидны. Порой бывает даже трудно осознать всю глубину изменений в наших представлениях об окружающем мире, происшедших за последние десятилетия. Каждая глава этой книги, а точнее — каждый раздел по необходимости носят конспективный характер, ведь только, например, на тему небольшого раздела о черных дырах лишь у нас в стране написано несколько популярных книг. Я не говорю уже о главе, посвященной эволюции Вселенной — этой теме посвящены десятки серьезных и популярных томов.