Пятна на Солнце и магнитные поля звезд

Как известно, даже гениальный Галилей не поверил в существование солнечных пятен. Он заявил весьма категорически: «Солнце — глаз мира и не может страдать бельмами! »

XX век более покладист к научным открытиям

Поэтому, когда выяснилось, что фраунгоферовы линии спектров солнечных пятен обладают тонкой структурой, то это как раз весьма обрадовало ученых. Напомним, что темные фраунгоферовы линии показывают, какие именно элементы имеются в атмосфере Солнца. А факт их раздвоения можно интерпретировать лишь однозначно. Очевидно, у Солнца есть магнитное поле, ибо тонкая структура получается в результате взаимодействия магнитных полей самого излучающего атома и внешнего.

До той поры мы знали в космосе лишь только магнитное поле нашей родной планеты — Земли. Теперь речь пойдет о Солнце. Солнце — крайне сложное образование. Вещество солнечное все время находится в движении, громадные расстояния, которые проходят его частицы, исчисляются сотнями тысяч километров. Поэтому магнитное поле светила весьма прихотливо. Кроме общего поля, магнетизм присущ отдельным солнечным пятнам, группам пятен, солнечным вспышкам — грандиозным выбросам солнечного вещества.

Темные участки на Солнце
Темные участки на Солнце

Это понятно — ведь вещество звездное, в том числе и солнечное, — полностью ионизированная плазма, — и любые перемещения этого вещества генерируют магнитное поле. Полем обладает все светило в целом. Астрономы дали Солнцу весьма обидное название «желтый карлик».

С точки зрения геофизиков этот «карлик» подобен намагниченной сфере. Магнитная ось слегка наклонена к оси вращения светила, а полярность меняется, так же как угол между осью светила и направлением Солнце — Земля. Изменение общего магнитного поля происходит порой достаточно странно. В марте 1961 года исчезло поле на южном полюсе Солнца. И вплоть до конца 1964 года его никто не мог обнаружить!

Можно сказать, что общее поле меняется с периодом примерно 20 лет. Напомним, что подобный же период (22 года) характеризует чередование полярности солнечных пятен. Выходит, эти магнитные поля каким-то образом связаны между собой.

Вспышки магнитной энергии в низких широтах вблизи солнечного экватора совпадают со светлыми облаками солнечной хромосферы. Эти яркие блики на диске Солнца соответствуют сильным магнитным элементам. Особенно ярко выглядят кальциевые флоккулы. Магнитное поле вырисовывается в точности таким же, какими мы видим эти красивые образования. Видимо, магнитное поле, усиливаясь, облегчает прохождение вверх конвективных горячих струй. Эти струи видны нам за миллионы километров. На этом же расстоянии отмечает вспышку магнитного поля чувствительный магнитометр.

Как видите, общее магнитное поле Солнца — весьма сложное образование.

Сложные магнитные поля Солнца
Сложные магнитные поля Солнца

Но гораздо интереснее и, соответственно, сложнее поля знаменитых солнечных пятен. Солнечное пятно — любопытная структура. Внутри мы видим темное ядро («тень») с температурой 4300 при общей температуре фотосферы 5740. Снаружи расположена более светлая полутень. Слой, в котором возникает «охлаждение» — конечно, слово весьма условное для данного случая, — невелик — несколько тысяч километров.

Мы заговорили о топографии солнечных пятен неспроста. Именно магнитные поля, с ними связанные, препятствуют конвективному нагреванию, то есть перемешиванию слоев хромосферы. Посему пятна на Солнце и выглядят темными. Чаще всего пятна на Солнце встречаются своеобразными парами с противоположно направленными магнитными полями. Через каждые 22 года поля меняют свою полярность на обратную.

Магнитные поля пятен поистине темное пятно в науке. Там самым странным образом «сосуществуют» совершенно противоположные свойства. С одной стороны, как будто перед нами поле, созданное электрическим диполем. А с другой — наблюдения показывают, что поле иногда скручивается, в нем имеются резкие неоднородности, что совершенно типично для магнитных полей, созданных сложной системой электрических токов.

Темные пятна на солнце
Темные пятна на солнце

Вполне вероятно, что в гигантских образованиях, которые мы столь фамильярно называем пятнами, имеются в какой-то совокупности магнитные поля самого различного происхождения. Ведь приходится наблюдать и абсолютно непонятные явления. Вдруг в течение каких-то шести-восьми часов на поверхности Солнца возникает пятно с большим магнитным полем. Никаких данных о его появлении заранее не было. А иногда столь же большие поля обнаруживаются в «невидимых» пятнах.

Читайте так же:  Почему мы только один раз видели полюса Солнца?

И наконец, о солнечных вспышках

Вспышка — скорее всего движение солнечного вещества снизу вверх со сверхзвуковой скоростью. Быстро движущаяся плазма сильно намагничена, поэтому и происходят в ней резкие изменения магнитного поля, превращение магнитной энергии в другие ее виды.

Темные участки на Солнце
Темные участки на Солнце

Бывают ли пятна на звездах!

Поскольку Солнце более или менее изучено, мы знаем нечто и о магнитном поле звезд. Что касается общих закономерностей, то в теории магнитных полей звезд в основном сияют провалы. Но чему удивляться? Мы до сих пор толком не знаем, почему наша Земля является громадным естественным магнитом.

Так что природа магнитных полей звезд остается в высшей степени загадочной. Да и сами наблюдения зачастую приводят астрономов к полному противоречию.

Вот один из примеров. Звездная плазма обладает высокой проводимостью и занимает большие области пространства. Теоретически магнитные поля звезд, коли они появились, не могут быстро затухнуть. Однако практика показывает нечто другое. Поле звезд вдруг спазматически меняется. Этим изменениям соответствуют резкие колебания состояния звездной плазмы вообще. А в так называемых магнито-переменных звездах поле изменяется невероятно быстро. Полное перераспределение происходит за какие-нибудь сутки!

Откуда появились постоянные магнитные поля звезд?

Может быть, они остались как своего рода немые свидетели отдаленных времен рождения звезд. Ведь огромные размеры космических тел, естественно, препятствуют быстрому затуханию в них магнитных полей. Для внутренних слоев звезды время затухания вполне сравнимо со временем полной эволюции небесных тел — примерно 10 млрд. лет.

Есть иная точка зрения, назовем ее динамической.

Магнитное поле Юпитера
Магнитное поле Юпитера

Плазма — смесь ионов и электронов. Легкие частицы, как известно, диффундируют из областей высокого давления гораздо быстрее тяжелых. Значит, давление в глубинных областях звезды должно генерировать электрический ток и, соответственно, магнитное поле. Однако эффект этот невелик, его явно не хватает для того, чтобы создать магнетизм, встречающийся на далеких звездах.

Третья гипотеза — «теория самовозбуждающегося динамо». Суть ее вкратце такова. В результате внутренних движений плазмы в звезде индуцируются токи. Суть понятна — раз есть электрический ток, значит, существует и связанное с ним магнитное поле. Если плазма движется симметрично направлению магнитного поля, то это объяснение подходит. А если движение перпендикулярно? Опять неувязка!

Но если происхождение магнитного поля звезд еще можно как-то объяснить, то изменение величины этих полей вызывает явные теоретические трудности.

Может быть, поверхность звезд очень сильно колеблется, или там действуют силы, возникающие при вращательном движении, подобно силам Кориолиса, или что-нибудь иное? Пока что можно лишь гадать на эту тему. Ведь в лабораториях, ученые не в состоянии создать условия, хотя бы близко приближающиеся к тому, что происходит в недрах звезд. Посему их удел — самые скрупулезные наблюдения небесных светил и вдумчивый анализ этих иногда полностью противоречащих друг другу экспериментальных данных.

Изучение магнитных полей звезд связано с познанием их химического состава. Размеры звезд в земных масштабах поистине грандиозны. Время диффузии велико. Поэтому химический состав намагниченных участков звездной плазмы (скажем, трубок или колец) может сильно отличаться от состава остальной массы звезд. Магнитные пятна (аналогия солнечных пятен, где велика магнитная активность) наверняка «хранят память» о своем «давнем» прошлом, ведь это своего рода ступени развития звезды.

Вот почему ученые так интересуются магнитными полями этих могучих небесных тел и с нетерпением ждут дня и часа, когда приборы автоматических межпланетных станций углубятся в дали космоса.

А о магнитном поле Солнца мы, без сомнения, очень скоро узнаем не меньше, чем о земном магнетизме!

Ссылка на основную публикацию