Проходження світла зірок через сонячну корону. Загадка сонячної корони. Розташування Сонця в галактиці

Має високу температуру. На поверхні вона становить близько 5500 градусів за Цельсієм. Сонце має атмосферу, яка називається короною. Ця область складається з перегрітого газу – плазми. Її температура сягає понад 3 мільйони градусів. І вчені намагаються зрозуміти, чому зовнішній шар Сонця набагато гарячіший, ніж усе те, що лежить під ним.

Проблема, яка бентежить вчених, досить проста. Оскільки джерело енергії перебуває у центрі Сонця, його тіло має ставати дедалі прохолоднішим, якщо рухатися від центру. Але спостереження говорять про протилежне. І поки що вчені не можуть пояснити, чому корона Сонця гарячіша, ніж його інші верстви.

Стара таємниця

Незважаючи на свою температуру, сонячна корона зазвичай не видно земному спостерігачеві. Це відбувається завдяки інтенсивній яскравості решти Сонця. Навіть складні інструменти не можуть досліджувати її, не враховуючи світло, що походить від поверхні Сонця. Але це означає, що існування сонячної корони є недавнім відкриттям. Її можна спостерігати в поодиноких, але передбачуваних подіях, які зачаровували людей протягом тисячоліть. Це повні.

У 1869 році астрономи скористалися таким затемненням, щоб вивчити зовнішній шар Сонця, що раптово відкрився для спостереження. Вони спрямували спектрометри на Сонце, щоб вивчити невловимий матеріал корони. Дослідники виявили у спектрі корони незнайому зелену лінію. Невідома речовина була названа короніумом. Однак через сімдесят років вчені зрозуміли, що це був усім знайомий елемент — залізо. Але нагріте до небачених раніше мільйонів градусів.

Рання теорія говорила, що акустичні хвилі (уявіть, що матеріал Сонця, стискається і розширюється, як акордеон), можуть бути відповідальними за температуру корони. Певною мірою це схоже на те, як хвиля кидає краплі води з високою швидкістю на берег. Але сонячні зонди не змогли знайти хвилі, що мають потужність, що пояснює корональну температуру, що спостерігається.

Вже майже 150 років ця загадка є однією з маленьких, але цікавих таємниць науки.

Магнітне поле Сонця: як воно працює?

Частиною проблеми є те, що ми не розуміємо багато дрібних подій на Сонці. Ми знаємо, як вона виконує свою роботу з нагрівання нашої планети. Але моделей задіяних у цьому процесі матеріалів і сил поки що просто не існує. Ми поки що не можемо досить близько підійти до Сонця, щоб докладно вивчити його.

Відповідь на більшість питань про Сонце у наші дні зводиться до того, що Сонце є дуже складним магнітом. Земля також має магнітне поле. Але, незважаючи на океани і підземну магму, все ж таки набагато щільніше Сонця. Яке є просто великим згустком газу та плазми. Земля є більш твердим об'єктом.

Сонце також обертається. Але оскільки воно не суцільне, його полюси та екватори обертаються з різною швидкістю. Матерія переміщається на Сонце вгору і вниз його шарами, як у каструлі з киплячою водою. Цей ефект викликає безлад у лініях магнітного поля. Заряджені частинки, що становлять зовнішні шари Сонця, переміщаються такими лініями, як поїзди на високошвидкісних залізницях. Ці лінії ламаються та знову з'єднуються, вивільняючи величезну кількість енергії (сонячні спалахи). Або виробляють завихрення, повні заряджених частинок, які можуть вільно викидатися з цих рейок у космос із колосальною швидкістю (викид коронарної маси).

Ми маємо багато супутників, які вже відстежують Сонце. Solarer Pro, запущений цього року, лише починає свої спостереження. Він продовжуватиме свою роботу до 2025 року. Вчені сподіваються, що місія дасть відповіді на багато загадкових питань про Сонце.

Якщо ви знайшли помилку, будь ласка, виділіть фрагмент тексту та натисніть Ctrl+Enter.

Затемнення відносяться до найбільш видовищних астрономічних явищ. Однак, жодні технічні засоби не можуть повною мірою передати відчуття, що виникають при цьому у спостерігача. І все-таки через недосконалість людського ока йому видно далеко не все відразу. Деталі цієї чудової картини, що вислизають від погляду, здатна виявити і сфотографувати тільки спеціальна техніка фотографування та обробки сигналів. Розмаїття затемнень далеко ще не вичерпується явищами у системі Сонце-Земля-Луна. Відносно близько розташовані космічні тіла регулярно відкидають один на одного тіні (потрібно лише, щоб неподалік було якесь потужне джерело світлового випромінювання). Спостерігаючи за цим космічним театром тіней, астрономи отримують безліч цікавих відомостей про будову Всесвіту. Фото В'ячеслав Хондирєв

На болгарському курорті Шабла 11 серпня 1999 року був звичайнісінький літній день. Блакитне небо, Золотий пісок, тепле лагідне море. Але на пляжі ніхто не заходив у воду – публіка готувалася до спостережень. Саме тут стокілометрова пляма місячної тіні мала перетнути берег Чорного моря, а тривалість повної фази, згідно з розрахунками, досягала 3 хвилин 20 секунд. Відмінна погода цілком відповідала багаторічним даним, але всі з тривогою поглядали на хмару, що висіла над горами.

Насправді затемнення вже йшло, просто його приватні фази мало кого цікавили. Інша справа – повна фаза, до початку якої залишалося ще півгодини. Нова цифрова дзеркалка, спеціально куплена для цього випадку, стояла в повній готовності. Все продумано до дрібниць, кожен рух відрепетировано десятки разів. Погода зіпсуватися вже не встигне, і все ж таки занепокоєння чомусь наростало. Може, річ у тому, що світла помітно поменшало і різко похолодало? Але так і має бути з наближенням до повної фази. Втім, птахам цього не зрозуміти — усі здатні літати пернаті піднялися в повітря і вигукували з криками кола над нашими головами. З моря завіяв вітер. З кожною хвилиною він міцнів, і важка фотокамера починала тремтіти на штативі, який ще недавно здавався таким надійним.

Робити нічого — за кілька хвилин до розрахункового моменту, ризикуючи зіпсувати все, я спустився з піщаного пагорба до його підніжжя, де кущі гасили вітер. Декілька рухів, і буквально в останній момент техніка знову налаштована. Але що за шум? Брехають і виють собаки, бліють вівці. Здається, всі тварини, здатні видавати звуки, роблять це, як востаннє! Світло тьмяніє з кожною секундою. Птахів у потемнілому небі вже не видно. Все разом стихає. Ниткоподібний сонячний серпик висвітлює морський берег не яскравіше, ніж повний Місяць. Раптом і він гасне. Хтось стежив за ним в останні секунди без темного фільтра, в перші миті напевно нічого не бачить.

Моє метушливе хвилювання змінилося справжнім шоком: затемнення, про яке я мріяв все життя, вже почалося, летять дорогоцінні секунди, а я навіть не можу підвести голову і насолодитися рідкісним видовищем — фотографування насамперед! По кожному натисканню кнопки фотокамера автоматично робить серію з дев'яти знімків (у режимі "брекетинг"). Ще одну. Ще і ще. Поки камера клацає затвором, все ж таки наважуюсь відірватися і поглянути на корону в бінокль. Від чорного Місяця на всі боки розбрелося безліч довгих променів, утворюючи перлинну корону з жовтувато-кремовим відтінком, а біля самого краю диска спалахують яскраво-рожеві протуберанці. Один із них незвичайно далеко відлетів від краю Місяця. Розходячись убік, промені корони поступово бліднуть і зливаються з темно-синім тлом неба. Ефект присутності такий, ніби не на піску стою, а лечу в небі. А час наче зник...

Раптом по очах вдарило яскраве світло — це виплив через Місяць краєчок Сонця. Як швидко все скінчилося! Протуберанці та промені корони видно ще кілька секунд, і зйомка продовжується до останнього. Програму виконано! Через кілька хвилин знову розгорається день. Птахи відразу забули переляк від позачергової ночі. Але моя пам'ять ось уже багато років зберігає відчуття абсолютної краси та величі космосу, почуття причетності до його таємниць.

Як уперше виміряли швидкість світла

Затемнення відбуваються у системі Сонце-Земля-Луна. Наприклад, чотири найбільші супутники Юпітера, відкриті ще Галілео Галілеєм у 1610 році, відіграли важливу роль у розвитку мореплавання. У ту епоху, коли ще не було точних морських хронометрів, по них можна було далеко від рідних берегів дізнаватися грінвічський час, необхідний визначення довготи судна. Затемнення супутників у системі Юпітера відбуваються майже щоночі, коли то один, то інший супутник входить у тінь, що відкидається Юпітером, або ховається від нашого погляду за диском самої планети. Знаючи з морського альманаху попередньо обчислені моменти цих явищ і порівнюючи їх із місцевим часом, одержуваним з елементарних астрономічних спостережень, можна визначити свою довготу. У 1676 році датський астроном Оле Крістенсен Ремер зауважив, що затемнення супутників Юпітера трохи відхиляються від обчислених моментів. Юпітеріанські годинники то йшли вперед на вісім з невеликим хвилин, то потім, через півроку, на стільки ж відставали. Ремер зіставив ці коливання зі становищем Юпітера щодо Землі і дійшов висновку, що вся справа у затримці поширення світла: коли Земля ближче до Юпітера, затемнення його супутників спостерігаються раніше, коли далі пізніше. Різниця, що становила 16,6 хвилини, відповідала часу, за який світло проходило діаметр земної орбіти. Так Ромер уперше виміряв швидкість світла.

Зустрічі у небесних вузлах

За дивним збігом видимі розміри Місяця та Сонця майже однакові. Завдяки цьому в рідкісні хвилини повних сонячних затемнень можна побачити протуберанці і сонячну корону — зовнішні плазмові структури сонячної атмосфери, які постійно «відлітають» у відкритий космос. Якби не було у Землі такого великого супутника, до певного часу ніхто б і не здогадався про їхнє існування.

Видимі шляхи по небу Сонця і Місяця перетинаються у двох точках - вузлах, через які Сонце проходить приблизно раз на півроку. Саме в цей час і стають можливі затемнення. Коли Місяць зустрічається із Сонцем в одному з вузлів, настає сонячне затемнення: вершина конуса місячної тіні, упираючись у поверхню Землі, утворює овальну тіньову пляму, яка з великою швидкістю зміщується по земній поверхні. Люди, що тільки потрапили в нього, побачать місячний диск, що повністю перекриває сонячний. Для спостерігача смуги повної фази затемнення буде приватним. Причому вдалині його можна навіть не помітити — коли закрито менше 80—90% сонячного диска, зменшення освітленості майже невідчутне для ока.

Ширина смуги повної фази залежить від відстані до Місяця, яка через еліптичність її орбіти змінюється від 363 до 405 тисяч кілометрів. При максимальній відстані конус місячної тіні трохи не дотягується до Землі. У цьому випадку видимі розміри Місяця виявляються трохи меншими за Сонце і замість повного затемнення відбувається кільцеподібне: навіть у максимальній фазі навколо Місяця залишається яскравий обідок сонячної фотосфери, що заважає побачити корону. Астрономів, зрозуміло, насамперед цікавлять повні затемнення, у яких небо темніє настільки, що можна спостерігати променисту корону.

Місячні затемнення (з погляду гіпотетичного спостерігача на Місяці вони будуть, зрозуміло, сонячними) відбуваються під час повного місяця, коли наш природний супутник проходить вузол, протилежний тому, де знаходиться Сонце, і потрапляє в конус тіні, що відкидається Землею. Усередині тіні немає прямих сонячних променів, але світло, що переломилося в земній атмосфері, все ж таки потрапляє на поверхню Місяця. Зазвичай він забарвлює її в червоний (а іноді буро-зелений) колір через те, що в повітрі довгохвильове (червоне) випромінювання поглинається менше, ніж короткохвильове (синє). Можна уявити собі, який жах наводив на первісної людиничервоний диск Місяця, що раптово затьмарився зловісно! Що вже казати про сонячні затемнення, коли з неба раптом починало зникати денне світило — головне божество для багатьох народів?

Не дивно, що пошук закономірностей у порядку затемнень став одним із перших складних астрономічних завдань. Ассирійські клинописні таблички, що належать до 1400-900 років до н. е., містять дані про систематичні спостереження затемнень в епоху вавилонських царів, а також згадка про чудовий період 65851/3 діб (сарос), протягом якого повторюється послідовність місячних і сонячних затемнень. Греки пішли ще далі - за формою тіні, що наповзає на Місяць, вони зробили висновок про кулястість Землі і про те, що Сонце набагато перевершує її за розмірами.

Як визначають маси інших зірок

Олександр Сергєєв

Шість сотень «вихідників»

З віддаленням від Сонця зовнішня корона поступово тьмяніє. Там, де на фотознімках вона зливається з фоном неба, її яскравість у мільйон разів менша за яскравість протуберанців і навколишньої внутрішньої корони. На перший погляд неможливо сфотографувати корону на всьому її протязі від краю сонячного диска до злиття з фоном неба, адже добре відомо, що динамічний діапазон фотографічних матриць та емульсій у тисячі разів менший. Але знімки, якими ілюстровано цю статтю, доводять протилежне. Завдання має рішення! Тільки йти до результату потрібно не безперервно, а в обхід: замість одного «ідеального» кадру потрібно зробити серію знімків з різною експозицією. Різні знімки будуть виявляти області корони, що знаходяться на різних відстанях від Сонця.

Такі знімки спочатку обробляються окремо, а потім поєднуються один з одним по деталях променів корони (по Місяцю знімки поєднувати не можна, адже він швидко рухається щодо Сонця). Цифрова обробка фотографій не така проста, як здається. Однак наш досвід показує, що звести докупи можна будь-які знімки одного затемнення. Ширококутні з довгофокусними, з малою та великою експозицією, професійні та аматорські. У цих знімках частки праці двадцяти п'яти спостерігачів, які фотографували затемнення 2006 року в Туреччині, на Кавказі та в Астрахані.

Шість сотень вихідних знімків, зазнавши безліч перетворень, перетворилися лише на кілька окремих зображень, зате яких! Тепер на них є всі найдрібніші деталі корони та протуберанців, хромосфера Сонця та зірки до дев'ятої величини. Такі зірки навіть уночі видно лише у добрий бінокль. Промені корони «проробилися» до рекордних 13 радіусів сонячного диска. І ще колір! Все, що видно на підсумкових зображеннях, має реальне забарвлення, яке збігається з візуальними відчуттями. І досягнуто це не штучним підфарбовуванням у «Фотошопі», а за допомогою суворих математичних процедур у програмі обробки. Розмір кожного знімка наближається до гігабайта - можна зробити відбитки шириною до півтора метра без жодної втрати деталізації.

Як уточнюють орбіти астероїдів

Затменно-змінними зірками називають тісні подвійні системи, у яких дві зірки звертаються навколо загального центру мас отже орбіта повернута до нас руба. Тоді дві зірки регулярно затьмарюють одна одну, а земний спостерігач бачить періодичні зміни їхнього сумарного блиску. Найвідоміша затемнено-змінна зірка - Алголь (бета Персея). Період звернення у цій системі становить 2 доби 20 годин та 49 хвилин. За цей час на кривій блиску спостерігається два мінімуми. Один глибокий, коли невелика, але гаряча біла зірка Алголь А повністю ховається за тьмяним червоним гігантом Алголя B. У цей час сукупна яскравість подвійної зірки падає майже в 3 рази. Менш помітний спад блиску - на 5-6% - спостерігається, коли Алголь А проходить на фоні Алголя В і трохи послаблює його блиск. Ретельне вивчення кривої блиску дозволяє дізнатися багато важливих відомостей про зіркову систему: розміри та світність кожної з двох зірок, ступінь витягнутості їхньої орбіти, відхилення форми зірок від кулястої під дією приливних сил і найголовніше – маси зірок. Без цих відомостей було б важко створити та перевірити сучасну теорію будови та еволюції зірок. Зірки можуть затьмарюватися не лише зірками, а й планетами. Коли 8 червня 2004 року планета Венера пройшла диском Сонця, мало кому спало на думку говорити про затемнення, оскільки на блиску Сонця крихітна темна цятка Венери майже не позначилася. Але якби на її місці опинився газовий гігант типу Юпітера, він би затулив приблизно 1% площі сонячного диска і на стільки ж знизив би його блиск. Це вже можна зареєструвати сучасними інструментами, і сьогодні вже є випадки таких спостережень. Причому деякі з них виконані аматорами астрономії. Фактично "екзопланетні" затемнення - це єдиний доступний любителям спосіб спостерігати планети в інших зірок.

Олександр Сергєєв

Панорама в місячній тіні

Незвичайна краса сонячного затемнення не вичерпується блискучою короною. Адже є ще заграва кільце по всьому горизонту, яке створює в момент повної фази унікальне освітлення, начебто захід сонця відбувається відразу з усіх боків світу. Ось тільки мало кому вдається відірвати погляд від корони та подивитися на дивовижні кольори моря та гір. І тут на допомогу приходить панорамна фотозйомка. Декілька з'єднаних разом знімків покажуть все, що вислизнуло від погляду або не врізалося в пам'ять.

Наведений у цій статті панорамний знімок – особливий. Його охоплення горизонтом — 340 градусів (майже повне коло), а по вертикалі — майже до зеніту. Тільки на ньому ми пізніше розглянули перисті хмари, які ледь не зіпсували нам спостереження — вони завжди до зміни погоди. І справді, дощ почався вже за годину після того, як Місяць зійшов з диска Сонця. Інверсійні сліди двох літаків, що видно на знімку, насправді не обриваються в небі, а просто йдуть у місячну тінь і через це стають невидимими. Праворуч на панорамі затемнення в самому розпалі, а на лівому краю знімку повна фаза щойно закінчилася.

Правіше і нижче корони розташований Меркурій - він ніколи не йде далеко від Сонця, і побачити його вдається далеко не всім. Ще нижче сяє Венера, а з іншого боку від Сонця — Марс. Усі планети розташовані вздовж однієї лінії - екліптики - проекції на небо площині, поблизу якої звертаються всі планети. Тільки під час затемнення (і ще з космосу) можна ось так з ребра побачити нашу планетну систему, що оточує Сонце. У центральній частині панорами видно сузір'я Оріона та Возничого. Яскраві зірки Капелла та Рігель білі, а червоний надгігант Бетельгейзе та Марс вийшли помаранчевими (колір видно при збільшенні). Сотні людей, які спостерігали затемнення в березні 2006-го, тепер здається, що все це вони бачили на власні очі. А їм панорамний знімок допоміг — він уже виставлений в Інтернеті.

Як потрібно фотографувати?

29 березня 2006 року в селищі Кемер на середземноморському узбережжі Туреччини в очікуванні початку повного затемнення досвідчені спостерігачі ділилися секретами з початківцями. Найголовніше на затемненні – не забути відкрити об'єктиви. Це не жарт, таке справді трапляється. А ще не варто дублювати один одного, роблячи однакові кадри. Нехай кожен знімає те, що саме з його апаратурою може бути краще, ніж в інших. Для спостерігачів, озброєних камерами із ширококутною оптикою, головна мета – зовнішня корона. Потрібно постаратися зробити серію її знімків із різною витримкою. Власники телеоб'єктивів можуть отримати детальні зображення середньої корони. А якщо у вас є телескоп, то треба фотографувати область біля краю місячного диска і не витрачати дорогоцінні секунди на роботу з іншою апаратурою. І заклик тоді був почутий. А відразу після затемнення спостерігачі почали вільно обмінюватися файлами зі знімками, щоб зібрати комплект для подальшої обробки. Пізніше це спричинило створення банку оригінальних знімків затемнення 2006 року. Кожен тепер розумів, що від вихідних знімків до детального зображення всієї корони ще дуже далеко. Часи, коли будь-який різкий знімок затемнення вважався шедевром та остаточним результатом спостережень, безповоротно минули. Після повернення додому на всіх чекала робота за комп'ютером.

Активне Сонце

Сонце, як і інші схожі на нього зірки, відрізняється періодично наступаючими станами активності, коли в його атмосфері в результаті складних взаємодій плазми, що рухається, з магнітними полями виникає безліч нестійких структур. Насамперед це сонячні плями, де частина теплової енергії плазми перетворюється на енергію магнітного поля й у кінетичну енергію руху окремих плазмових потоків. Сонячні плями холодніші довкілляі виглядають темними на тлі яскравішої фотосфери — шару сонячної атмосфери, з якого до нас приходить більша частинавидимого світла. Навколо плям і у всій активній області атмосфера, що додатково нагрівається енергією загасаючих магнітних полів, стає яскравіше, і виникають структури, звані факелами (видні в білому світлі) і флоккулами (спостерігаються в монохроматичному світлі від спектральних ліній, наприклад, водню).

Над фотосферою розташовуються більш розріджені шари сонячної атмосфери товщиною 10—20 тисяч кілометрів, звані хромосферою, а над нею на багато мільйонів кілометрів тягнеться корона. Над групами сонячних плям, а іноді й осторонь них часто виникають протяжні хмари — протуберанці, добре помітні під час повної фази затемнення на краю сонячного диска у вигляді яскравих рожевих дуг та викидів. Корона - сама розріджена і дуже гаряча частина атмосфери Сонця, яка ніби випаровується в навколишній простір, утворюючи безперервний потік плазми, що віддаляється від Сонця, званий сонячним вітром. Саме він надає сонячній короні променистого вигляду, що виправдовує її назву.

За рухом речовини у хвостах комет з'ясувалося, що швидкість сонячного вітру поступово збільшується з віддаленням від Сонця. Відійшовши від світила однією астрономічну одиницю (величина радіусу земної орбіти), сонячний вітер «летить» зі швидкістю 300—400 км/с при концентрації частинок 1—10 протонів на кубічний сантиметр. Зустрічаючи своєму шляху перешкоди як планетних магнітосфер, потік сонячного вітру утворює ударні хвилі, які впливають атмосфери планет і міжпланетне середовище. Спостерігаючи сонячну корону, ми отримуємо інформацію про стан космічної погоди в навколишньому космічному просторі.

Найпотужнішими проявами сонячної активності є плазмові вибухи, які називаються сонячними спалахами. Вони супроводжуються сильним іонізуючим випромінюванням, а також потужними викидами гарячої плазми. Проходячи через корону, потоки плазми помітно впливають її структуру. Наприклад, у ній утворюються шоломоподібні утворення, що переходять у довгі промені. По суті це витягнуті трубки магнітних полів, вздовж яких з великими швидкостями поширюються потоки заряджених частинок (в основному це енергійні протони і електрони). Фактично видима структура сонячної корони відбиває інтенсивність, склад, структуру, напрям руху та інші характеристики сонячного вітру, постійно впливає нашу Землю. У моменти спалахів його швидкість може досягати 600-700, а іноді й понад 1000 км/с.

У минулому корона спостерігалася лише під час повних сонячних затемнень та виключно поблизу Сонця. У сукупності накопичилося близько години спостережень. З винаходом позанезмінного коронографа (спеціального телескопа, в якому влаштовується штучне затемнення) стало можливим постійно стежити із Землі за внутрішніми областями корони. Також завжди можна реєструвати радіовипромінювання корони, причому навіть крізь хмари та на великих відстанях від Сонця. Але в оптичному діапазоні зовнішні області корони, як і раніше, видно з Землі тільки в повній фазі сонячного затемнення.

З розвитком позаатмосферних методів досліджень з'явилася можливість безпосередньо отримувати зображення всієї корони в ультрафіолетових та рентгенівських променях. Найбільш вражаючі знімки регулярно надходять із космічної Сонячної орбітальної геліосферної обсерваторії SOHO, запущеної наприкінці 1995 року спільними зусиллями Європейського космічного агентства та NASA. На знімках SOHO промені корони дуже довгі, та й зірок видно багато. Однак у середині, у сфері внутрішньої та середньої корони, зображення відсутнє. Штучна «місяць» в коронографі завелика і заступає набагато більше, ніж справжня. Але інакше не можна — надто яскраво світить Сонце. Тож зйомка із супутника не замінює спостережень із Землі. Натомість космічні та земні знімки сонячної корони ідеально доповнюють один одного.

SOHO також постійно спостерігає за поверхнею Сонця, причому затемнення їй не перешкода, адже обсерваторія знаходиться поза межами системи Земля-Місяць. Декілька ультрафіолетових зображень, зроблених SOHO в моменти близько повної фази затемнення 2006 року, були зібрані воєдино і розміщені на місці зображення Місяця. Тепер видно, які активні області в атмосфері найближчої зірки пов'язані з тими чи іншими особливостями в її короні. Може здатися, що деякі «куполи» та зони турбулентності в короні нічим не викликані, але насправді їх джерела просто приховані від спостереження з іншого боку світила.

«Російське» затемнення

Чергове повне сонячне затемнення у світі вже називають «російським», оскільки головним чином воно спостерігатиметься в нашій країні. У другій половині дня 1 серпня 2008 року смуга повної фази простягнеться від Північного Льодовитого океану майже меридіаном до Алтаю, пройшовши точно через Нижньовартівськ, Новосибірськ, Барнаул, Бійськ і Гірничо-Алтайськ - прямо вздовж федеральної траси M52. До речі, у Горно-Алтайську це буде вже друге затемнення за два з невеликим роки — саме у цьому місті перетинаються смуги затемнень 2006 та 2008 років. Під час затемнення висота Сонця над горизонтом становитиме 30 градусів: цього достатньо для фотографування корони та ідеально для панорамної зйомки. Погода в Сибіру в цей час зазвичай гарна. Ще не пізно приготувати пару фотоапаратів та купити квиток на літак.

Це затемнення не можна пропустити. Наступне повне затемненнябуде видно у Китаї у 2009 році, а потім хороші умови для спостережень складуться лише у США у 2017 та 2024 роках. А в Росії перерва триватиме майже півстоліття — до 20 квітня 2061-го.

Якщо зберетеся, то вам хороша порада: спостерігайте групами і обмінюйтеся отриманими знімками, надсилайте їх для спільної обробки в Квіткову обсерваторію: www.skygarden.ru . Тоді комусь обов'язково пощастить з обробкою, і тоді всі, навіть будинки, що залишилися, завдяки вам побачать затемнення Сонця — увінчану короною зірку.

Вже цієї суботи, 11 серпня 2018 року, в космос відправиться нова місія з вивчення Сонця - Parker Solar Probe (або сонячний зонд «Паркер»). За кілька років апарат підійде до Сонця так близько, як це ще не вдавалося жодному рукотворному об'єкту. Редакція N+1за допомогою Сергія Богачова, головного наукового співробітника лабораторії рентгенівської астрономії Сонця ФІАН, вирішила розібратися, навіщо вчені посилають апарат у таке спекотне місце та яких результатів від нього чекають.

Коли ми дивимося на нічне небо, то бачимо безліч зірок - найчисленнішу категорію об'єктів у Всесвіті, доступних для спостережень із Землі. Саме ці величезні сяючі газові кулі виробляють у своїх термоядерних «топках» багато хімічні елементиважчий за водень і гелій, без яких не існувала б і наша планета, і все живе на ній, і ми самі.

Зірки знаходяться на величезних дистанціях від Землі - відстань до найближчої з них, Проксіми Центавра, оцінюється в кілька світлових років. Але є одна зірка, чиє світло йде до нас всього вісім хвилин, - це наше Сонце, і спостереження за ним допомагають нам більше дізнатися про інші зірки Всесвіту.

Сонце набагато ближче до нас, ніж це здається на перший погляд. У певному сенсі Земля знаходиться всередині Сонця - її постійно омиває потік сонячного вітру, що виходить із корони - зовнішньої частини атмосфери зірки. Саме потоки частинок та випромінювання від Сонця керують «космічною погодою» поблизу планет. Від цих потоків залежить поява полярних сяйв і обурення в магнітосферах планет, а спалахи на Сонці та корональні викиди маси виводять з ладу супутники, впливають на еволюцію життєвих форм на Землі та визначають радіаційне навантаження на пілотовані космічні місії. Причому подібні процеси відбуваються у Сонячній системі, а й у інших планетних системах. Тому розуміння процесів у короні Сонця та внутрішньої геліосфери дозволяє нам краще орієнтуватися в особливостях поведінки плазмового «океану», що оточує Землю.

Будова Сонця

Wikimedia Commons

«Через віддаленість Сонця практично всю інформацію про нього ми отримуємо через випромінювання, що генерується ним. Навіть якісь прості параметри, такі як температура, які на Землі можуть вимірюватися звичайним градусником, для Сонця та зірок визначаються суттєво більш складним способом – за спектром їхнього випромінювання. Це стосується і більш складних характеристик, наприклад магнітного поля. Магнітне поле здатне впливати на спектр випромінювання, розщеплюючи лінії в ньому - це так званий ефект Зеемана. І саме тому, що поле змінює спектр випромінювання зірки, ми здатні його зареєструвати. Якби такого впливу не було в природі, то ми нічого не знали б про магнітне поле зірок, оскільки способу прямо підлетіти до зірки немає», - каже Сергій Богачов.

«Але цей спосіб має й обмеження - взяти хоча б те, що відсутність випромінювання позбавляє нас інформації. Якщо говорити про Сонце, то сонячний вітер не випромінює світла, тому ніякого способу віддалено визначати його температуру, щільність та інші властивості немає. Не випромінює світло та магнітне поле. Так, в нижніх шарах сонячної атмосфери магнітні трубки заповнені плазмою, що світиться, і це дає можливість вимірювати магнітне поле поблизу поверхні Сонця. Проте вже на віддаленні одного радіусу Сонця від його поверхні такі виміри неможливі. І таких прикладів можна навести чимало. Як же бути у такій ситуації? Відповідь дуже проста: треба запускати зонди, які можуть підлетіти прямо до Сонця, поринути в його атмосферу і сонячний вітер і проводити вимірювання безпосередньо на місці. Такі проекти широко поширені, хоча менш відомі, ніж проекти космічних телескопів, які виробляють віддалені спостереження і поставляють набагато ефектніші дані (наприклад, фотографії), ніж зонди, з яких йдуть нудні потоки цифр і графіків. Але якщо говорити про науку, то, звичайно, мало якесь віддалене спостереження може зрівнятися за силою та переконливістю з дослідженням об'єкта, який знаходиться поблизу», - продовжує Богачов.

Загадки Сонця

Спостереження за Сонцем велися ще в Стародавню Греціюі в Стародавньому Єгипті, а протягом останніх 70 років не один десяток космічних супутників, міжпланетних станцій і телескопів, починаючи від «Супутника-2» і закінчуючи космічними обсерваторіями, що працюють сьогодні, такими як SDO , SOHO або STEREO , уважно стежили (і стежать) за поведінкою найближчої до нас зірки та її околицями. Тим не менш, у астрономів, як і раніше, залишається чимало питань, пов'язаних з будовою Сонця та його динамікою.

Наприклад, вже понад 30 років перед вченими стоїть проблема сонячних нейтрино, що полягає у нестачі зареєстрованих електронних нейтрино, що утворюються в ядрі Сонця в результаті ядерних реакцій, порівняно з їхньою теоретично передбаченою кількістю. Інша загадка пов'язана з аномальним нагріванням корони. Цей зовнішній шар атмосфери зірки має температуру більше мільйона градусів Кельвіна, тоді як видима поверхня Сонця (фотосфера), над якою розташовуються хромосфера і корона, нагріта всього до шести тисяч градусів Кельвіна. Це здається дивним, адже за логікою зовнішні шари зірки повинні бути холоднішими. Прямого теплоперенесення між фотосферою та короною недостатньо для забезпечення подібних температур, що означає, що тут працюють інші механізми підігріву корони.

Корона Сонця під час повного сонячного затемнення у серпні 2017 року.

NASA's Goddard Space Flight Center/Gopalswamy

Існують дві основні теорії, які пояснюють цю аномалію. Згідно з першою, за перенесення тепла з конвективної зони та фотосфери Сонця в хромосферу та корону відповідальні магнітоакустичні хвилі та альвенівські хвилі, які, розсіюючись у короні, збільшують температуру плазми. Однак ця версія має ряд недоліків, наприклад магнітоакустичні хвилі не можуть забезпечити перенесення досить великого об'єму енергії в корону через розсіювання і відбиття назад у фотосферу, а хвилі Альвен відносно повільно перетворять свою енергію в теплову енергію плазми. Крім того, довгий час будь-яких прямих свідчень поширення хвиль через сонячну корону просто не існувало - лише в 1997 році космічна обсерваторія SOHO вперше зареєструвала магнітоакустичні сонячні хвилі на частоті в один мілігерц, які дають лише десять відсотків енергії, необхідної для нагрівання корони до спостережуваних температур.

Друга теорія пов'язує аномальний нагрівання корони з мікроспалахами, що постійно відбуваються, що виникають через безперервне переєднання магнітних ліній в локальних областях магнітного поля у фотосфері. Ця ідея була запропонована в 1980-х роках американським астрономом Юджином Паркером, чиїм ім'ям зонд і який також передбачив наявність сонячного вітру - потоку заряджених високоенергетичних частинок, безперервно випромінюваних Сонцем. Проте теорія мікроспалахів досі не отримала підтвердження. Можливо, на Сонці працюють обидва механізми, проте це необхідно довести, а для цього треба підлетіти до Сонця на досить близьку відстань.

З короною пов'язана ще одна таємниця Сонця – механізм утворення сонячного вітру, що заповнює всю Сонячну систему. Саме від нього залежать такі явища космічної погоди як північні сяйва або магнітні бурі. Астрономів цікавлять механізми виникнення та прискорення повільного сонячного вітру, що народжується в короні, а також роль магнітних полів у цих процесах. Тут також є кілька теорій, які мають як докази, так і недоліки, і очікується, що зонд «Паркер» допоможе розставити крапки над i.

«Загалом, в даний час існують досить опрацьовані моделі сонячного вітру, які передбачають, як мають змінюватися його характеристики у міру віддалення від Сонця. Точність цих моделей досить висока на відстанях порядку земної орбіти, але як точно вони описують сонячний вітер на близьких відстанях від Сонця, не зрозуміло. Ймовірно, „Паркер“ може допомогти з цим. Ще досить цікаве питання – прискорення частинок на Сонці. Після спалахів до Землі приходять потоки великої кількості прискорених електронів та протонів. Не до кінця зрозуміло, однак, чи відбувається їх прискорення безпосередньо на Сонці, а потім вони просто рухаються до Землі за інерцією, або ці частинки додатково (а може бути й повністю) прискорюються на шляху до Землі міжпланетним магнітним полем. Можливо, коли на Землю прийдуть дані, зібрані зондом поблизу Сонця, із цим питанням також можна буде розібратися. Є ще кілька аналогічних проблем, просунутися у вирішенні яких можна тим самим шляхом - порівнявши аналогічні виміри поблизу Сонця і на рівні земної орбіти. Загалом саме на вирішення таких питань і націлена місія. Залишається тільки сподіватися, що апарат чекає успіху», - каже Сергій Богачов.

Прямо в пекло

Зонд «Паркер» буде запущений 11 серпня 2018 року зі стартового комплексу SLC-37 на базі ВПС США на мисі Канаверал, в космос його виводитиме важка ракета-носій Delta IV Heavy - це найпотужніша ракета з діючих, вона може виводити на низьку орбіту майже 29 тонн вантажу. По вантажопідйомності її перевершує лише , але цей носій поки що перебуває у стадії випробувань. Щоб дістатися центру Сонячної системи, необхідно погасити дуже високу швидкість, яку має Земля (і всі об'єкти на ній) щодо Сонця - близько 30 кілометрів на секунду. Крім потужної ракети, для цього знадобиться серія гравітаційних маневрів у Венери.

За планом процес зближення з Сонцем триватиме сім років - з кожною новою орбітою (всього їх 24) апарат все ближче підходитиме до світила. Перший перигелій буде пройдено вже 1 листопада, на відстані 35 сонячних радіусів (близько 24 мільйонів кілометрів) від зірки. Потім, після серії із семи гравітаційних маневрів поблизу Венери, апарат зблизиться із Сонцем до відстані близько 9-10 сонячних радіусів (близько шести мільйонів кілометрів) – це відбудеться у середині грудня 2024 року. Це в сім разів ближче, ніж перигелій орбіти Меркурія, ще жоден рукотворний космічний апарат не підбирався настільки близько до Сонця (поточний рекорд належить апарату Helios-B, який наближався до зірки на 43,5 мільйона кілометрів).

Схема перельоту до Сонця та основних робочих орбіт зонда.

Основні етапи роботи з кожної з орбіт.

Вибір такої позиції для спостережень не випадковий. За розрахунками вчених, на відстані десяти радіусів від Сонця знаходиться точка Альвена - область, де сонячний вітер пришвидшується настільки, що залишає Сонце, а хвилі, що розповсюджуються в плазмі, вже не впливають на нього. Якщо зонд зможе опинитися поблизу точки Альвена, можна вважати, що він увійшов у сонячну атмосферу і торкнувся Сонця.

Зонд «Паркер» у зібраному стані, під час встановлення на третій ступінь ракети-носія.

"Завдання зонда полягає у вимірі основних характеристик сонячного вітру та сонячної атмосфери вздовж своєї траєкторії. Наукові інструменти на його борту не є унікальними, не мають рекордних характеристик (якщо не вважати такими здатність витримати потоки сонячної радіації в перигелії орбіти). Parker Solar Probe - це апарат із звичайними приладами, але на унікальній орбіті Більшість (а можливо навіть усі наукові прилади) планується тримати відключеними на всіх ділянках орбіти, крім перигелів, де апарат найближчий до Сонця У певному сенсі така наукова програма додатково акцентує, що головною завданням місії є вивчення сонячного вітру та сонячної атмосфери, коли апарат буде уникати перигелію, дані з тих же приладів будуть перетворюватися на рядові, і для збереження ресурсу наукових інструментів їх просто перемикатимуть у фоновий режим до наступного зближення. задану траєкторію і здатність пр ожити на ній заданий час – це ті чинники, від яких насамперед буде залежати успіх місії», – розповідає Сергій Богачов.

Влаштування теплозахисного щита «Паркера».

Greg Stanley/Johns Hopkins University

Вид теплозахисного щита на етапі встановлення на зонд.

NASA/Johns Hopkins APL/Ed Whitman

Зонд «Паркер» із встановленим теплозахисним щитом.

NASA/Johns Hopkins APL/Ed Whitman

Щоб вижити поблизу зірки, зонд оснащений теплозахисним щитом, який працює як «парасолька», під яким укриються всі наукові прилади. Передня частина щита витримуватиме нагрівання до температур понад 1400 градусів за Цельсієм, тоді як температура його задньої частини, де знаходяться наукові інструменти, не повинна перевищити тридцяти градусів за Цельсієм. Такий перепад температур забезпечує особлива конструкція цієї «сонячної парасольки». При загальній товщині всього 11,5 сантиметра він складається з двох панелей, зроблених з вуглеграфітового композиту, між якими знаходиться шар вуглецевої піни. На передню частину щита нанесено захисне покриття та білий керамічний шар, що збільшує його відбивні властивості.

Крім щита, проблему перегріву покликана вирішити система охолодження, яка використовує як холодоагент 3,7 літра деіонізованої води, що знаходиться під тиском. Електричне проведення апарату зроблено з використанням високотемпературних матеріалів, таких як сапфірові трубочки та ніобій, а під час зближень із Сонцем сонячні панелі будуть забиратися під тепловий щит. Крім сильного нагріву, інженерам місії доведеться враховувати сильний світловий тиск з боку Сонця, який збиватиме правильну орієнтацію зонда. Щоб полегшити цю роботу, на зонд у різних місцях встановлені датчики сонячного світла, які допомагають контролювати захист наукової апаратури від впливу Сонця.

Інструментарій

Практично всі наукові інструменти зонда «заточені» під вивчення електромагнітних полів і властивостей сонячної плазми, що його оточує. Виняток становить лише оптичний телескоп WISPR (Wide-field Imager for Solar PRobe), завданням якого стане отримання зображень сонячної корони та сонячного вітру, внутрішньої геліосфери, ударних хвиль та будь-яких інших структур, що спостерігаються апаратом.

Наше Сонце справді унікальна зірка, хоча б тільки тому, що її свічення дозволило створити умови придатні для життя на нашій планеті Земля, яка, чи то за дивовижним збігом обставин, чи то за геніальним Божим задумом знаходиться на ідеальній відстані від Сонця. З давніх-давен Сонце знаходилося під пильною увагою людини, і якщо в давні часи жерці, шамани, друїди шанували наше світило божеством (у всіх язичницьких культах були сонячні боги), то зараз Сонце активно вивчається вченими: астрономами, фізиками, астрофізиками. Яка будова Сонця, які його характеристики, його вік та місце розташування у нашій галактиці, про все це читайте далі.

Розташування Сонця в галактиці

Незважаючи на свої величезні розміри щодо нашої планети (та й інших планет) у галактичних масштабах Сонце далеко не найбільша зірка, а дуже маленька, є зірки набагато більше Сонця. Тому астрономи відносять наше світило до класу жовтих карликів.

Що ж до розташування Сонця в галактиці (як, втім, і всієї нашої сонячної системи), то воно знаходиться в галактиці Чумацький шлях, ближче до краю рукава Оріона. Відстань від центру галактики становить 7.5-8.5 тисяч парсеків. Говорячи простою мовою, ми з вами не те щоб знаходимося на задвірках галактики, але й від центру ми теж порівняно далеко – такий собі «спальний галактичний район», не на околиці, але й не в центрі.

Ось так виглядає розташування Сонця на галактичній карті.

Характеристики Сонця

Згідно з астрономічною класифікацією небесних об'єктів Сонце відноситься до зірки G-класу, воно яскравіше 85% інших зірок галактики, багато з яких є червоними карликами. Діаметр Сонця становить 696 342 км, маса – 1.988 х 1030 кг. Якщо порівняти Сонце з Землею, то воно більше за нашу планету в 109 разів і в 333000 разів масивніше.

Порівняльні розміри Сонця та планет.

Хоча Сонце здається нам жовтим, його справжній колір – білий. Видимість жовтого кольору створюється атмосферою світила.

Температура Сонця становить 5778 градусів за Кельвіном у верхніх шарах, але в міру наближення до ядра вона зростає ще більше і ядра Сонця неймовірно жарко - 15.7 млн. градусів за Кельвіном.

Також Сонце має сильний магнетизм, на його поверхні є північний і південний магнітні полюси, і магнітні лінії, які з періодичністю в 11 років переналаштовуються. На момент таких перебудов відбуваються інтенсивні сонячні викиди. Також магнітне поле Сонця впливає магнітне поле Землі.

Структура та склад Сонця

Наше Сонце в основному складається з двох елементів: (74,9%) та гелію (23,8%). Крім них там є у невеликих кількостях: (1%), вуглець (0.3%), неон (0.2%) і залізо (0.2%). Усередині Сонце поділяється на шари:

• ядро,
• радіаційна та конвекційна зони,
• фотосфера,
• атмосфери.

Ядро Сонця має найбільшу щільність і займає приблизно 25% від загального сонячного об'єму.

Будова Сонця схематична.

Саме у сонячному ядрі за допомогою ядерного синтезу, що трансформує водень у гелій, формується теплова енергія. По суті, ядро ​​- це такий собі сонячний мотор, завдяки йому наше світило виділяє тепло і обігріває всіх нас.

Чому світить Сонце

Саме свічення Сонця відбувається завдяки невтомній роботі сонячного ядра, точніше, термоядерної реакції, яка постійно в ньому протікає. Горіння Сонця відбувається завдяки перетворенню водню на гелій, це і є та одвічна термоядерна реакція, яка постійно живить наше світило.

Сонячні плями

Так, і на Сонці є плями. Сонячні плями є темнішими ділянками на сонячній поверхні, а темнішими вони тому, що температура їх нижча, ніж температура навколишньої фотосфери Сонця. Самі сонячні плями утворюються під впливом магнітних ліній та їх переналаштування.

сонячний вітер

Сонячний вітер - це безперервний потік плазми, що йде від сонячної атмосфери і заповнює всю сонячну систему. Сонячний вітер утворюється через те, що через високу температуру в сонячній короні, вищележачих шарів не може врівноважитись із тиском у самій короні. Тому і відбувається періодичний викид сонячної плазми в навколишній простір. Про явище нашому сайті є ціла окрема стаття.

Сонячне затемнення – це рідкісне астрономічне явище, при якому Місяць є сонцем, повністю або частково.

Схематично сонячне затемнення виглядає так.

Еволюція Сонця та його майбутнє

Вчені вважають, що вік нашого світила становить 4,57 мільярда років. У той далекий час воно утворилося з частини молекулярної хмари, представленої гелієм та воднем.

Як народилося Сонце? Згідно з однією з гіпотез гелієво-воднева молекулярна хмара через кутовий момент запустила обертання і одночасно почала інтенсивно нагріватися зі зростанням внутрішнього тиску. При цьому більшість маси сконцентрувалася в центрі, і перетворилася власне на Сонце. Сильна і тиск призвели до зростання тепла та ядерного синтезу, завдяки якому працює як Сонце, так і інші зірки.

Так виглядає еволюція зірки, зокрема Сонця. Відповідно до цієї схеми зараз наше Сонце знаходиться у фазі маленької зірки, і поточний сонячний вік становить середину цієї фази. Приблизно через 4 мільярди років Сонце перетвориться на червоного гіганта, ще більше розшириться і знищить Венеру, і можливо нашу Землю. Якщо ж Земля як планета таки вціліє, то життя на ній на той час все одно вже буде неможливим. Так як вже через 2 мільярди років світіння Сонця збільшиться настільки, що всі земні океани просто википлять, Земля буде спопелена і перетвориться на суцільну пустелю, температура на земній поверхні становитиме 70 С і якщо буде можливе життя, то тільки глибоко під землею. Тому маємо ще приблизно мільярд із хвостиком років, щоб знайти новий притулок для людства у дуже віддаленому майбутньому.

Але повернемося до Сонця, перетворившись на червоного гіганта, воно пробуде в такому стані приблизно 120 мільйонів років, потім розпочнеться процес зменшення його розміру та температури. І коли залишки гелію в його ядрі будуть спалені в постійній топці термоядерних реакцій, Сонце втратить свою стабільність і вибухне, перетворившись на планетарну туманність. Земля на цій стадії, як втім, і сусідній, з ймовірністю будуть знищені сонячним вибухом.

Ще через 500 мільйонів років із сонячної туманності утворюється білий карлик, який проіснує ще трильйони років.

• Усередині Сонця можна помістити мільйон Земель чи планет, розміром із нашу.
• За формою Сонце утворює практично ідеальну сферу.
• 8 хвилин і 20 секунд - саме за такий час сонячний промінь добирається до нас зі свого джерела, при тому що Земля віддалена від Сонця на 150 млн. км.
• Саме слово "Сонце" походить від давньоанглійського слова, що означає "південь" - "South".
• І у нас для вас погані новини, у майбутньому Сонце спопелить Землю, а потім зовсім знищить. Станеться це однак не раніше ніж через 2 мільярди років.

Сонце, відео

І насамкінець цікавий науковий документальний фільм від каналу Discovery – «Що приховує Сонце».

При написанні статті намагався зробити її максимально цікавою, корисною та якісною. Буду вдячний за будь-який зворотний зв'язок та конструктивну критикуу вигляді коментарів до статті. Також Ваше побажання/запитання/пропозицію можете написати на мою пошту [email protected]або у Фейсбук, з повагою автор.