Как называется внешняя часть атмосферы солнца видимая во время полных солнечных затмений
Обновлено: 06.07.2024
Всем известно, что Солнце окружено толстой оболочкой газов, называемой солнечная атмосфера. Самая отдалённая от поверхности часть атмосферы называется солнечной короной. Температура здесь достигает несколько миллионов градусов Кельвина, притом что температура поверхности самого Солнца составляет всего 5800 Кельвинов. Но из чего она состоит? И почему она такая горячая?
Почему солнечная корона такая горячая?
Поверхность Солнца очень горячая, температура там достигает 5800 Кельвинов, но её корона в среднем в 300 раз горячее. Это привело к пока неразрешимой для астрофизиков загадке. Что же нагревает корону до настолько экстремальных температур? Обычно, когда вы удаляетесь от какого-то горячего тела, окружающая среда становится ниже, но здесь явно работает какой-то другой механизм.
Корона Солнца состоит из солнечной плазмы, которая имеет очень малую плотность. Данные свидетельствуют о том, что один механизм её нагрева зависит от не регулярных, но достаточно частых взрывов и вспышек на Солнце. В эти моменты с Солнца поднимаются порции очень горячего вещества так называемые “тепловые бомбы”, которые, поднявшись высоко в атмосферу Солнца, взрывается, выделяя большое количество энергии, которая и нагревает корону.
Некоторые учёные считают, что солнечная корона так нагревается из-за множества таких мелких взрывов, которые называются нановспышки. В отдельных случаях они достигают невероятно высоких температур, примерно 10 миллионов Кельвинов. Это даже больше, чем средняя температура короны. Но астрофизики утверждают, что это лишь один из многих способов объяснить нагрев короны.
Также объяснить этот феномен может теория волнового нагрева, которая была предложена в середине 20 века. Эта теория предполагает, что определённые волны несут энергию изнутри Солнца к его хромосфере и короне. Поскольку Солнце образовано не из обычного газа, а из плазмы, то в нём могут распространяться несколько типов волн, аналогичных звуковым волнам в воздухе. Эти волны могут порождаться турбулентностью грануляции в фотосфере Солнца и могут переносить огромное количество энергии на определённое расстояние через атмосферу. В верхних слоях атмосферы они могут высвобождать всю свою энергию в виде огромного количества тепла.
Есть ещё много теорий, описывающих природу нагрева солнечной короны, и, вполне возможно, что многие из них верны и каждый механизм вносит свой вклад в нагрев, но проверить это мы пока не можем.
Как увидеть солнечную корону?
Обычно солнечная корона скрыта от нас ярким светом исходящим от самой поверхности Солнца. Даже несмотря на то, что корона очень горячая, из-за низкой плотности она довольно тусклая по сравнению с остальным Солнцем и оно перекрывает своим излучением свет от короны. Это очень затрудняет наблюдения и исследования. Поэтому без использования специальных приборов не обойтись.
Однако солнечную корону можно увидеть даже без использования приборов и дополнительного оборудования, во время полного солнечного затмения. То есть когда Луна проходит по диску Солнца она блокирует большую часть света от него, таким образом можно увидеть белую сияющую корону вокруг затемнённого Солнца.
Астрофизики для исследований и наблюдений солнечной короны используют коронограф — это специальный телескоп, который позволяет наблюдать солнечную корону, блокируя прямой свет от Солнца.
Автор: Алексей Нимчук. Редакция: Фёдор Карасенко.
Ставьте палец вверх, чтобы видеть в своей ленте больше статей о космосе и науке!
Подписывайтесь на мой канал здесь, а также на мои каналы в телеграме и на youtube . Там вы можете почитать большое количество интересных материалов, а также задать свой вопрос. Поддержать наш канал материально можно через patreon .
Хромосфера Солнца
Температура этих хромосферных струй в два-три раза выше, чем в фотосфере, а плотность в сотни тысяч раз меньше. Общая протяженность хромосферы 10-15 тыс. километров.
Рост температуры в хромосфере объясняется распространением волн и магнитных полей, проникающих в нее из конвективной зоны. Вещество нагревается примерно так же, как если бы это происходило в гигантской микроволновой печи. Скорости тепловых движений частиц возрастают, учащаются столкновения между ними, и атомы теряют свои внешние электроны: вещество становится горячей ионизованной плазмой. Эти же физические процессы поддерживают и необычайно высокую температуру самых внешних слоев солнечной атмосферы, которые расположены выше хромосферы.
При наблюдении в красной спектральной линии, излучаемой атомами водорода, они кажутся на фоне солнечного диска темными, длинными и изогнутыми волокнами.
Протуберанцы имеют примерно ту же плотность и температуру, что и хромосфера. Но они находятся над ней и окружены более высокими, сильно разреженными верхними слоями солнечной атмосферы. Протуберанцы не падают в хромосферу потому, что их вещество поддерживается магнитными полями активных областей Солнца.
Впервые спектр протуберанца вне затмения наблюдали французский астроном Пьер Жансен и его английский коллега Джозеф Локьер в 1868 г. Щель спектроскопа располагают так, чтобы она пересекала край Солнца, и если вблизи него находится протуберанец, то можно заметить спектр его излучения.
Направляя щель на различные участки протуберанца или хромосферы, можно изучить их по частям. Спектр протуберанцев, как и хромосферы, состоит из ярких линий, главным образом водорода, гелия и кальция. Линии излучения других химических элементов тоже присутствуют, но они намного слабее.
Некоторые протуберанцы, пробыв долгое время без заметных изменений, внезапно как бы взрываются, и вещество их со скоростью в сотни километров в секунду выбрасывается в межпланетное пространство. Вид хромосферы также часто меняется, что указывает на непрерывное движение составляющих ее газов.
Иногда нечто похожее на взрывы происходит в очень небольших по размеру областях атмосферы Солнца. Это так называемые хромосферные вспышки (самые мощные взрывоподобные процессы, могут продолжаться всего несколько минут, но за это время выделяется энергия, которая иногда достигает 1025 Дж).
Они длятся обычно несколько десятков минут. Во время вспышек в спектральных линиях водорода, гелия, ионизованного кальция и некоторых других элементов свечение отдельного участка хромосферы внезапно увеличивается в десятки раз. Особенно сильно возрастает ультрафиолетовое и рентгеновское излучение: порой его мощность в несколько раз превышает общую мощность излучения Солнца в этой коротковолновой области спектра до вспышки.
Солнечная корона
Солнечная корона, снимок сделан опять же во время полного солнечного затмения
Плотность вещества в солнечной короне убывает с высотой значительно медленнее, чем плотность воздуха в земной атмосфере. Уменьшение плотности воздуха при подъеме вверх определяется притяжением Земли. На поверхности Солнца сила тяжести значительно больше, и, казалось бы, его атмосфера не должна быть высокой.
В действительности она необычайно обширна. Следовательно, имеются какие-то силы, действующие против притяжения Солнца. Эти силы связаны с огромными скоростями движения атомов и электронов в короне, разогретой до температуры 1-2 млн градусов!
Корону лучше всего наблюдать во время полной фазы солнечного затмения. Правда, за те несколько минут, что она длится, очень трудно зарисовать не только отдельные детали, но даже общий вид короны. Глаз наблюдателя едва лишь начинает привыкать к внезапно наступившим сумеркам, а появившийся из-за края Луны яркий луч Солнца уже возвещает о конце затмения. Поэтому часто зарисовки короны, выполненные опытными наблюдателями во время одного и того же затмения, сильно различались. Не удавалось даже точно определить ее цвет.
Изобретение фотографии дало астрономам объективный и документальный метод исследования. Однако получить хороший снимок короны тоже нелегко. Дело в том, что ближайшая к Солнцу ее часть, так называемая внутренняя корона, сравнительно яркая, в то время как далеко простирающаяся внешняя корона представляется очень бледным сиянием. Поэтому если на фотографиях хорошо видна внешняя корона, то внутренняя оказывается передержанной, а на снимках, где просматриваются детали внутренней короны, внешняя совершенно незаметна.
Главной особенностью короны является лучистая структура. Корональные лучи имеют самую разнообразную форму: иногда они короткие, иногда длинные, бывают лучи прямые, а иногда они сильно изогнуты. Еще в 1897 г. пулковский астроном Алексей Павлович Ганский обнаружил, что общий вид солнечной короны периодически меняется. Оказалось, что это связано с 11-летним циклом солнечной активности.
С 11-летним периодом меняется как общая яркость, так и форма солнечной короны.
В эпоху максимума солнечных пятен она имеет сравнительно округлую форму. Прямые и направленные вдоль радиуса Солнца лучи короны наблюдаются как у солнечного экватора, так и в полярных областях. Когда же пятен мало, корональные лучи образуются лишь в экваториальных и средних широтах. Форма короны становится вытянутой. У полюсов появляются характерные короткие лучи, так называемые полярные щеточки. При этом общая яркость короны уменьшается.
Эта интересная особенность короны, по видимому, связана с постепенным перемещением в течении 11-летнего цикла зоны преимущественного образования пятен. После минимума пятна начинают возникать по обе стороны от экватора на широтах 30-40°. Затем зона пятнообразования постепенно опускается к экватору.
Тщательные исследования позволили установить, что между структурой короны и отдельными образованиями в атмосфере Солнца существуют определенная связь. Например, над пятнами и факелами обычно наблюдаются яркие и прямые корональные лучи. В их сторону изгибаются соседние лучи. В основании корональных лучей яркость хромосферы увеличивается.
Такую ее область называют обычно возбужденной. Она горячее и плотнее соседних, невозбужденных областей. Над пятнами в короне наблюдаются яркие сложные образования. Протуберанцы также часто бывают окружены оболочками из корональной материи.
Корона оказалась уникальной естественной лабораторией, в которой можно наблюдать вещество в самых необычных и недостижимых на Земле условиях.
На рубеже XIX-XX столетий, когда физика плазмы фактически еще не существовала, наблюдаемые особенности короны представлялись необъяснимой загадкой. Так, по цвету корона удивительно похожа на Солнце, как будто его свет отражается зеркалом. При этом, однако, во внутренней короне совсем исчезают характерные для солнечного спектра фраунгоферовы линии. Они вновь появляются далеко от края Солнца, во внешней короне, но уже очень слабые.
Кроме того, свет короны поляризован: плоскости, в которых колеблются световые волны, располагаются в основном касательно к солнечному диску. С удалением от Солнца доля поляризованных лучей сначала увеличивается (почти до 50%), а затем уменьшается. Наконец, в спектре короны появляются яркие эмиссионные линии, которые почти до середины XX в. не удалось отождествить ни с одним из известных химических элементов.
Поскольку в таком газе основную роль играют подвижные электроны, его часто называют электронным газом, хотя при этом подразумевается наличие такого количества положительных ионов, которое полностью обеспечивало бы нейтральность плазмы в целом.
Белый цвет короны объясняется рассеиванием обычного солнечного света на свободных электронах. Они не вкладывают своей энергии при рассеивании: колеблясь в такт световой волны, они лишь изменяют направление рассеиваемого света, при этом поляризуя его. Таинственные яркие линии в спектре порождены необычным излучением высокоионизированных атомов железа, аргона, никеля, кальция и других элементов, возникающим только в условиях сильного разрежения.
Распространяясь далеко за пределы орбит Юпитера и Сатурна, солнечный ветер образует гигантскую гелиосферу, граничащую с еще более разреженной межзвездной средой.
Фактически мы живем окруженные солнечной короной, хотя и защищенные от ее проникающей радиации надежным барьером в виде земного магнитного поля. Через корону солнечная активность влияет на многие процессы, происходящие на Земле (геофизические явления).
Атмосфера Солнца: Фотосфера, Хромосфера и Солнечная корона
Плотность газов в фотосфере примерно такая же, как в земной стратосфере, и в сотни раз меньше, чем у поверхности Земли. Температура фотосферы уменьшается от 8000 К на глубине 300 км до 4000 К в самых верхних слоях.
Температура же того среднего слоя, излучение которого мы воспринимаем, около 6000 К. При таких условиях почти все молекулы газа распадаются на отдельные атомы. Лишь в самых верхних слоях фотосферы сохранятся относительно немного простейших молекул и радикалов типа H2, OH, CH.
При возникновении отрицательные ионы водорода излучают большую часть видимого света. Этот же свет ионы жадно поглощают, из-за чего непрозрачность атмосферы с глубиной быстро растет. Поэтому видимый край Солнца и кажется нам очень резким.
Разность температур между ними в наружных слоях сравнительно невелика (200-300 К), но глубже, в конвективной зоне, она больше, и перемешивание происходит значительно интенсивнее. Конвекция во внешних слоях Солнца играет огромную роль, определяя общую структуру атмосферы. В конечном счете именно конвекция в результате сложного взаимодействия с солнечными магнитными полями является причиной всех многообразных проявлений солнечной активности. Магнитные поля участвуют во всех процессах на Солнце.
Солнечные затмения и их роль в изучении космоса
Древние люди не понимали физической природы затмения. Они просто видели, что Солнце меркнет, как будто боги или драконы пожирали его. Тогда они пугались и старались умилостивить богов. В течение тысяч лет древние астрономы наблюдали за движениями планет, Луны и Солнца на небосводе. Со временем они поняли, что когда Луна проходит прямо перед Солнцем, то именно из-за этого происходит затмение. Позже ученые научились их предсказывать. Уже вавилоняне открыли так называемый цикл затмений более 20 веков тому назад. Он проходит каждые 223 месяца, то есть замыкается примерно раз в 18 лет.
Солнечное затмение, взгляд из космоса
Грекам было известно об открытии вавилонян. Мы узнали об этом благодаря древнему устройству, найденному на затонувшем судне в Средиземном море 1901 году. Это замечательный механизм, который вначале приняли за причудливые часы. Потом стало понятно, что это своеобразный греческий астрономический таймер – очень сложный прибор с многочисленными внутренними механизмами. По сути это механический компьютер для расчета фаз луны и прочих астрономических феноменов.
В 2008 году при помощи 3-мерных рентгеновских лучей и сканирования было установлено, что вавилонский цикл встроен в устройство. На обратной стороне диска были выгравированы спиралевидные фигуры с делениями, которые соответствовали положению Луны в вавилонском цикле. А зачем, как не для определения даты затмений нужно было это устройство?
Полное солнечное затмение, которое можно увидеть с Земли, происходит в среднем каждые 16 месяцев. Сегодня их предсказание – это очень точная наука. Но мы сегодня умеем не только предсказывать дату затмений до секунды, но и место, где его можно будет увидеть по всей Земле.
Солнечное затмение – удивительное явление. И если понимать, почему именно оно происходит, то оно становится еще удивительнее. Луна находится на расстоянии 400 тыс. км от Земли. Она имеет точно такой диаметр, что закрывая Солнце, она закрывает его полностью. Если бы она была чуть меньше, то она не смогла бы полностью закрывать Солнце, оставалась бы солнечная кайма по краям. Но удивительное кроется в том, что Луна именно такого размера, чтобы закрыть Солнце, ни больше, ни меньше.
При солнечном затмении на Земле есть области полного затмения, откуда видно, что Луна полностью закрывает Солнце. А есть области полутени, где наблюдают только неполное затмение. Поскольку Луна движется по орбите, то ее тень движется по Земле и таким образом люди в разных точках Земли, где проходит лунная тень, могут наблюдать затмение. Лунная тень как бы очерчивает некую широкую линию по поверхности Земли. Она имеет ширину около 150 км. Так что если хотите увидеть полное солнечное затмение, нужно точно выбрать место, где будет проходить полоса полного затмения.
Схема полос некоторых солнечных затмений
Феномен затмения касается не только Солнца или Луны. Это случается повсюду во Вселенной. Практически на всех планетах, где есть спутники, происходят солнечные затмения. Как в нашей Солнечной системе, так и в других системах космоса. В нашей Солнечной системе затмения не происходят только на Меркурии и Венере, потому что у них нет спутников. На данный момент нам известно 170 спутников в нашей системе, вращающихся по орбитам вокруг планет, при этом у Сатурна и Юпитера имеется минимум 60 спутников у каждого. Правда, в большинстве случаев эти спутники слишком малы, чтобы вызвать полное солнечное затмение, поэтому, можно сказть, что с Луной нам сильно повезло.
Другой вид затмений дал возможность определить, что Земля не плоская, а круглая. Это происходит во время Лунного затмения. Это явление мы наблюдаем постоянно на небе. Луна ведь круглая, но на небе можно видеть лунный рожок – Земля закрывает собой солнечный свет, падающий на Луну. Таким образом, мы видим Луну и тень на ней от нашей же планеты Земли. А тень-то изогнута! Значит, Земля имеет вид сферы. Когда Земля полностью закрывает Луну – это полное лунное затмение. В период полного лунного затмения Луна выглядит красно-оранжевой. Хотя она закрыта Землей, свет от Солнца проходит через атмосферу Земли. Свет, проходя большое расстояние через нашу атмосферу, становится красным. Точно также, как свет при закате Солнца.
В 1915 году Эйнштейн опубликовал свое предположение, что гравитация заставляет пространство изгибаться, и свет следует по этой кривой. Значит, если звезда окажется близко от Солнца в небе, свет будет изогнут гравитацией Солнца. Проверить теорию Эйнштейна можно было только во время солнечного затмения, когда Солнце затемнено, а ближайшие звезды видны. Это решил проверить Эдингтон. Он знал точное местоположение звезды, которая будет закрыта Солнцем и если гравитация Солнца изогнет свет звезды, то окажется, будто она в другом месте. Эдингтон все точно измерил и увидел, что теория Эйнштейна подтвердилась.
Есть еще одна польза от затмения Солнца – в этот момент мы отчетливо видим корону Солнца, то есть внешние слои его атмосферы. Их Луна уже не закрывает. На незатемненном Солнце корону различить просто невозможно, она засвечена солнечным светом, который в миллионы раз ярче своей короны. Без солнечного затмения мы бы так и не узнали, что на Солнце есть такая раскаленная атмосфера, которая простирается до нас с Вами и далее, до краев Солнечной системы. Фактически, мы с Вами погружены в солнечную атмосферу, то есть в солнечную корону, которая имеет высокую температуру только возле Солнца.
Оказывается, можно делать искусственное солнечное затмение – закрыть диск Солнца подходящим по размеру кружочком. Получится прототип коронографа, который используется для изучения короны солнца и окружающих звезд. Коронографы были изобретены в 1939 году и сначала устанавливались на телескопы. Лучше всего они работали на высоте, где рассеивание солнечного света в атмосфере было минимальным, а также за пределами атмосферы Земли, что достигается, естественно, только установкой их на исследовательские космические аппараты, такие как SOHO и STEREO.
Зачем так много и часто фотографировать корону Солнца? Мы видим все изменения в структуре короны: протуберанцы, вспышки и прочее. Также можно видеть так называемые царапающие Солнце кометы – они подлетают к Солнцу, едва не врезаясь в него. При обычных условиях они были бы не видны, но при затмении диска Солнца они становятся ясно видны.
В 1971 году спутник НАСА с коронографом сделал удивительные снимки короны Солнца. Там виден взрыв на короне, который раньше никто никогда не видел. Было открыто, что на Солнце иногда происходят выбросы так называемой коронарной массы, порождая в солнечной атмосфере взрывы невиданной мощности. При этом происходит выброс заряженных солнечных частиц, и именно они, достигнув Земли, создают полярные сияния.
Атмосфера Солнца: фотосфера, хромосфера и солнечная корона.
Атмосфера есть не только у планет и спутников, но и у звезд. Только у последних под этим понятием подразумевается не газовая оболочка, а внешние слои звезды.
Что такое фотосфера?
Фотосфера — это внутренний слой атмосферы Солнца. Иногда этим термином называют поверхность звезды, что не очень корректно. Этот слой выполняет очень важную задачу. Фотосфера поглощает радиоактивное излучение, вызываемое превращением водорода в гелий в солнечном ядре, и отражает его во внешнюю среду. Этот слой толстый и непрозрачный.
При близком рассмотрении можно увидеть, что фотосфера имеет неоднородную структуру. Ее поверхность содержит зернышки — гранулы. Явление грануляции вызвано тем, что раскаленная плазма поднимается к поверхности, а при остывании опускается. Эти гранулы и есть эти потоки.
Что такое хромосфера?
Хромосфера — это внешний слой атмосферы, который обволакивает фотосферу. Если фотосфера имеет желтоватый цвет, то хромосфера — красноватый оттенок. Если первую можно наблюдать в любой момент, то вторую только во время солнечных затмений в виде фиолетовой тонкой полоски.
Хромосфера Солнца. Фото взято с открытых источников. Хромосфера Солнца. Фото взято с открытых источников.Хромосфера тоже имеет неоднородную структуру. Она имеет в своем составе спикулы — вытянутые лучи, которые напоминают языки пламени или траву. Есть и еще одно очень интересное формирование — протуберанец .
Это структура, похожая на пятно, которая может излучаться и возвышаться над поверхностью Солнца. Они имеют очень низкую температуру. Иногда протуберанцы могут взрываться и вызывать солнечные вспышки.
Что такое солнечная корона?
Солнечная корона — это самый внешний слой атмосферы звезды, который невозможно наблюдать при обычных условиях. Она заметна лишь при солнечных затмениях в виде лучистой сферы. Астрономы искусственно затеняют диск Солнца, чтобы изучить солнечную корону. Это связано с тем, что корона имеет очень низкую светимость.
Это самый большой слой из всех атмосферных слоев. Его внешняя граница до сих пор не установлена, но считается, что все планеты солнечной системы находятся в ее границах.
Солнечная корона имеет лучистую структуру. Вытянутые элементы в структуре называются корональными петлями и именно в них образуется солнечный ветер — выброс ионизированного излучения Солнцем. Он вызывает возмущение геомагнитного поля Земли. На планете в ответ на это возникают северные сияния и другие явления космической погоды.
Солнечная корона — это самая горячая структура в солнечной атмосфере.
Солнечная атмосфера не похожа на атмосферу Земли, ведь она не состоит из привычных газов. У нее есть свои особенности и особая форма.
Спасибо за внимание! Если вы заметили ошибку в тексте, то, пожалуйста, сообщите о ней в комментариях, там же можете предложить тему для следующей статьи : )
Читайте также: