Как ИИ изменит нашу жизнь — в специальном проекте Naked Science!
Перейти
  • Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
26 сентября
Анатолий Глянцев
12
32 943

Звезда по имени тайна: чего мы до сих пор не знаем о Солнце

7.1

Солнце несравнимо ближе к нам, чем любая другая звезда. До него всего восемь световых минут, тогда как до Проксимы Центавра — четыре с лишним световых года. Казалось бы, уж о Солнце-то мы должны знать все и даже больше. Однако не тут-то было. Naked Science рассказывает о загадках, которые все еще таит дневное светило.

Солнце – самая загадочная звезда во Вселенной именно потому, что самая изученная / © ESA/NASA

Прославленный астроном Фред Хойл однажды обронил: «В принципе, звезда имеет довольно простую структуру». Его коллега профессор Редман парировал: «Вы бы тоже выглядели довольно простым, Фред, с расстояния в десять парсек». И действительно, изучение Солнца с дистанции в миллионные доли парсека убеждает астрономов, что наша звезда совсем не проста (а если так, то и другие вряд ли проще).

Солнце — это ослепительный во всех смыслах вызов нашей способности познавать мир. Оно пристально изучается всеми возможными способами, от старых добрых оптических наблюдений до улавливания солнечных нейтрино, и тем не менее все еще хранит немало тайн.

Обыкновенная, но родная

Не хотелось бы создавать впечатления, будто Солнце — сплошное белое пятно в научной картине мира. Разумеется, мы знаем о нем очень многое. Даже в очень сжатом виде эти знания, будучи записаны в одну книгу, составили бы несколько увесистых томов.

Попробуем перечислить тезисно самое важное. Солнце в сто с лишним раз больше Земли по диаметру и в 330 тысяч раз — по массе. Температура на его поверхности — 5500 градусов Цельсия, а в центре — 15 миллионов. Солнцу около пяти миллиардов лет. Источник энергии светила — термоядерные реакции, ежесекундно превращающие 600 миллионов тонн водорода в гелий. Этого топлива звезде хватит еще примерно на пять миллиардов лет, то есть сейчас оно находится на середине жизненного пути. В целом Солнце — это типичная звезда спектрального класса G, середнячок во всех отношениях.

Достаточно хорошо изучена работа Солнца как «термоядерного обогревателя» — главный процесс, которому Солнце (а заодно и мы) обязаны своим существованием. В центре звезды идут термоядерные реакции. В этих реакциях рождаются фотоны. Давление этого излучения буквально распирает Солнце изнутри и не дает гравитации сжимать его. Путь фотона к поверхности (фотосфере) занимает десятки тысяч лет: он бессчетное количество раз поглощается и вновь переизлучается веществом. Достигнув фотосферы, свет наконец вырывается на просторы космоса, в том числе и для того, чтобы обогреть Землю.

Но это, так сказать, основная деятельность светила. Она сопровождается великим множеством побочных явлений. И вот они зачастую загадочны.

Яркие точки, обнаруженные зондом Solar Orbiter, могут быть нановспышками, нагревающими корону. Могут и не быть / © Solar Orbiter/EUI Team (ESA, NASA); CSL, IAS, MPS, PMOD/WRC, ROB, UCL/MSSL

Вопрос короны

Одна из самых знаменитых загадок Солнца связана с температурой короны. Корона — это внешний разреженный слой атмосферы Солнца. Она дальше всего от центрального источника тепла и, казалось бы, должна быть относительно прохладной. Но не тут-то было. Температура подстилающего корону слоя — хромосферы — измеряется десятками тысяч градусов. А вот в тонком (какие-то сотни километров) переходном слое между хромосферой и короной температура внезапно возрастает до миллионов градусов!

Почему? Что греет корону? Бесконечный трескучий фейерверк микроскопических вспышек? Или текущий сквозь плазму электрический ток? А может быть, волны вроде звуковых (для искушенных читателей уточним: магнитогидродинамические)? Все три гипотезы имеют в научном мире весьма солидных сторонников. Это и означает, что точно не знает никто. Периодически СМИ облетают новости с заголовком вроде «Ученые наконец раскрыли тайну высокой температуры короны». Они были бы более волнующими, если бы эта тайна уже многие десятилетия не «раскрывалась» с завидной регулярностью.

Ветер знает

Еще одна огромная во всех смыслах загадка — солнечный ветер. Это поток заряженных частиц, в основном протонов и электронов, постоянно истекающий из Солнца. Солнечный ветер бывает двух типов: медленный (300—400 километров в секунду) и быстрый (700—800 километров в секунду). Не правда ли, даже «медленный» ветер не столь уж нетороплив?

Солнечный ветер буквально заполняет собой Солнечную систему. Правда, он очень разреженный: на кубический сантиметр околоземного пространства приходится всего 5—10 частиц солнечного ветра. Для сравнения: в стакане воды больше атомов, чем стаканов воды в Мировом океане. То, что для астронома поток вещества, земной физик с полным правом назовет вакуумом.

Главное, чего мы не знаем о солнечном ветре — это должны ли мы удивляться его существованию. С одной стороны, корона очень горячая, хоть и неизвестно почему. Кажется естественным, что часть вещества улетучивается из нее в космос, как пар из кастрюли.

Но на другой чаше весов — колоссальная гравитация Солнца. И мы не знаем, кто должен победить в этом противоборстве. Хороших уравнений, описывающих поток солнечного ветра, просто нет. А те, что есть, решаются в обе стороны. Иными словами, они описывают как истечение вещества из звезды, так и его падение на звезду. Если астрономы когда-нибудь откроют Солнце 2.0, вполне возможно, что оно будет поглощать окружающее вещество, а не распылять в космос собственное.

Впрочем, проблему можно решить, добавив солнечному ветру дополнительный источник энергии. То есть предположив, что вещество покидает корону не только за счет «испарения»: его что-то дополнительно выталкивает. Если бы еще знать, что именно… Как насчет плазменных волн в короне?

Еще одна загадка солнечного ветра — его турбулентность. Он не течет спокойными струями, как равнинная река. Вместо этого плазма бурлит и чуть ли не пенится, словно горный поток. Почему? Наверное, это как-то связано с механизмом его истечения — жаль, что мы его пока не знаем.

Неспокойное светило

Есть у астрономов вопросы и к магнитному полю Солнца. Правда, нет ничего удивительного в том, что это поле у звезды есть. Магнитное поле порождается электрическими токами, то есть упорядоченным движением зарядов. А светило по большей части состоит не из нейтральных атомов, а из «голых» протонов и электронов. Стоит привести их в упорядоченное движение, и получится ток.

Удивительно другое: магнитные полюса Солнца дрейфуют так быстро, что каждые 11 лет северный и южный полюса меняются местами. Другими словами, есть 22-летний цикл: северный магнитный полюс возвращается обратно на то же место каждые 22 года. Почему это происходит вообще и почему период составляет именно 22 года? Отвечающие на этот вопрос модели, конечно, есть, как же без них. Но в них еще много не проясненных деталей.

С 22-летним циклом смены полюсов связан знаменитый 11-летний цикл солнечной активности. Его самый лучший индикатор — пятна (небольшие по меркам Солнца области пониженной температуры).

Пока магнитные полюса Солнца находятся вблизи полюсов вращения, количество пятен на нашей звезде минимально — это минимум 11-летнего цикла. По мере того, как магнитные полюса дрейфуют к экватору, число пятен возрастает. Оно достигает максимума, когда магнитные полюса светила находятся на его экваторе — это и есть максимум 11-летнего цикла. Пройдя экватор, магнитные полюса вновь приближаются к географическим, только уже к противоположным. И число пятен вновь падает до минимума.

Таким образом, 11-летний цикл активности — это половина 22-летнего цикла переполюсовки. Ему подчиняются не только пятна, но и вспышки, выбросы вещества в космос и другие явления. Тем досаднее, что мы толком не знаем природы этого цикла. Загадок добавляет то, что цикл не строго регулярный: минимумы и максимумы порой бывают необычно глубокими или длительными.

Выбросы корональной массы — одно из самых впечатляющих проявлений солнечной активности / © NASA/GSFC/SDO

Когда Солнце плюется

Солнечная активность вообще полна тайн. Из всех ее многочисленных проявлений выберем явление, оказывающее, пожалуй, самое заметное влияние на нашу планету. Это выбросы корональной массы (coronal mass ejection или CME). CME — это исторгаемые Солнцем облака плазмы массой в миллиарды тонн. Они плотнее, чем фоновый солнечный ветер, но все же очень разрежены по земным меркам. По объему такие облака значительно превосходят Землю и регулярно накрывают ее «с головой». Подобное «купание» может вызвать магнитную бурю. Поэтому CME интересны не только далеким от земных забот астрономам, но и практикам.

Статистика показывает, что выбросы корональной массы тесно связаны со вспышками. Сильные вспышки зачастую сопровождаются CME и, следовательно, магнитными бурями (что и притягивает к ним внимание публики, не всегда соразмерное). Но какова природа этой связи? Опять-таки загадка. Может быть, вспышка вызывает выброс? Или наоборот, вызывается им? А может быть, вспышка и выброс — два следствия одной причины? Как водится, все три гипотезы имеют сторонников. Казалось бы, достаточно посмотреть, что происходит раньше: вспышка или выброс вещества. Но даже на этот счет наблюдательные данные удивительно разноречивы. В целом похоже, что бывает и так, и сяк.

В общем, за что ни возьмись — за корону ли, за солнечный ветер или солнечную активность — загадки посыплются как из мешка. Похоже, Солнце обеспечит работой еще не одно поколение исследователей.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Позавчера, 12:31
Алиса Гаджиева

Серию секретных рисунков и надписей, добавленных таинственной женщиной-переписчицей, обнаружили в рукописи возрастом более 1200 лет.

Вчера, 11:38
Василий Парфенов

На «Заводе 42» компании Northrop Grumman в Палмдейле, штат Калифорния, прошла торжественная церемония выкатки новейшего стратегического бомбардировщика B-21 Raider. Малозаметный самолет должен в ближайшем будущем частично заменить устаревающий парк Rockwell B-1 Lancer и Northrop Grumman B-2 Spirit, и даже взять на себя ряд задач, которые выполняют совсем уж «старички» Boeing B-52 Stratofortress.

Позавчера, 16:05
Анна Новиковская

Найти лекарство от старости — заветная мечта человечества, но вполне может оказаться, что для мужчин и для женщин их придется разрабатывать по отдельности. Во всяком случае, один из самых многообещающих антивозрастных препаратов, рапамицин, по-разному воздействовал на самцов и самок дрозофил, продлив жизнь одним и не повлияв на других.

Позавчера, 12:31
Алиса Гаджиева

Серию секретных рисунков и надписей, добавленных таинственной женщиной-переписчицей, обнаружили в рукописи возрастом более 1200 лет.

Вчера, 11:38
Василий Парфенов

На «Заводе 42» компании Northrop Grumman в Палмдейле, штат Калифорния, прошла торжественная церемония выкатки новейшего стратегического бомбардировщика B-21 Raider. Малозаметный самолет должен в ближайшем будущем частично заменить устаревающий парк Rockwell B-1 Lancer и Northrop Grumman B-2 Spirit, и даже взять на себя ряд задач, которые выполняют совсем уж «старички» Boeing B-52 Stratofortress.

Позавчера, 16:05
Анна Новиковская

Найти лекарство от старости — заветная мечта человечества, но вполне может оказаться, что для мужчин и для женщин их придется разрабатывать по отдельности. Во всяком случае, один из самых многообещающих антивозрастных препаратов, рапамицин, по-разному воздействовал на самцов и самок дрозофил, продлив жизнь одним и не повлияв на других.

19 ноября
Анна Новиковская

В последний раз черношейного фазанового голубя видели еще в 1882 году, и с тех пор ученые не знали, живет ли еще в лесах острова Фергуссон эта красивая птица. Теперь, наконец, им повезло: одна из камер запечатлела представителя редчайшего подвида фазановых голубей.

24 ноября
Редакция

Режиссер Илай Сасик (Eli Sasich), вдохновившись классическими научно-фантастическими фильмами «Чужой» и «Бегущий по лезвию», несколько лет назад снял короткометражный фильм «Атропа», который стоит посмотреть, если вы интересуетесь наукой и космическими технологиями.

24 ноября
Анна Новиковская

В то время как основные мировые языки со временем упрощают письменность, существует одно яркое исключение: китайский язык. За свою историю, насчитывающую три тысячелетия, его система письма становилась только сложнее и до сих пор остается крайне сложной для изучения.

[miniorange_social_login]

Комментарии

12 Комментариев

11.10.2022
-
0
+
Почему загадка связана с температурой короны, если "...температура внезапно возрастает до миллионов градусов...в тонком (какие-то сотни километров) переходном слое между хромосферой и короной ..."? Про температуру короны ничего нет. Только о тонком слое
26.09.2022
-
0
+
Вспышка и выброс следствие одного магнитного двигателя под название луч жизни а может и смерти и только Бог Солнца знает начало и конец...но лучше наша великая жизнь ❤️🌞в гармонии и любви с теми Кто и что нас окружают..
-
1
+
.. продолжение.. 3. "Ветер знает" ".. С одной стороны, корона очень горячая, хоть и неизвестно почему. Кажется естественным, что часть вещества улетучивается из нее в космос, как пар из кастрюли. Но на другой чаше весов — колоссальная гравитация Солнца.." - да, корона горячая.. потому что преодолев, наконец, внешний "прохладный" и плотный слой Солнца, частицы получают шанс выплеснуть всю свою энергетичность в движение.. их скорость возле поверхности резко возрастает, повышая температуру короны во много раз.. - про гравитацию/притяжение вопрос пересматриваем в пользу внешнего надавливания.. и помним, что в масштабах Солнечной системы надавливания Тёмной материи недостаточно, чтобы полностью остановить "выплёскиваемые" Солнцем потоки излучения.. В масштабах Вселенной - вопрос отдельный, здесь правильней говорить о структурах, но это немного другое направление разговора. - ещё одна тема, которую необходимо учитывать: на просторах Вселенной даже Тёмная материя может быть неоднородной.. некоторые участки пространства могут показывать высокую плотность, некоторые окажутся менее плотными - по сравнению с условной средней величиной плотности.. .. Галактика "Млечный Путь", с большой долей вероятности, не зависает в определённой точке Вселенной.. возможно, галактика движется. Также возможно, что движется Тёмная материя, облекающая галактику.. И вот, по каким-то причинам, галактика попадает в участок с менее плотной Тёмной материей. Надавливание со стороны Вселенной на некоторое время ослабевает.. Солнце, как частица галактики, получает возможность плеснуть своим содержимым чуть дальше и быстрей обычного.. .. но затем снова что-то меняется на просторах Вселенной, и Млечный Путь оказывается в более плотном участке окружающей Тёмной материи.. надавливание на объекты увеличивается, солнечный ветер ослабевает и движется "медленнее".. - ".. Еще одна загадка солнечного ветра — его турбулентность. Он не течет спокойными струями, как равнинная река. Вместо этого плазма бурлит и чуть ли не пенится, словно горный поток.." - возможно, истекающее содержимое звезды продолжает "кипеть".. изначальная энергетичность частиц слишком велика, потоки остывают медленно.. "кипение" солнечного ветра - можно так назвать это явление.. 4. "Неспокойное светило" Можно вернуться на уровень галактики.. и вспомнить, что Млечный Путь имеет рукава. Не будем сейчас рассуждать, насколько реалистичны макеты нашей галактики.. предположим, что на данном этапе они достоверны с высокой степенью вероятности. Тогда получается, что внутри рукавов происходит вращение межзвёздного вещества.. и почему бы этому вращению не быть периодичным? допустим, с периодом 22 года.. .. так как Солнечная система расположена где-то в середине одного из рукавов, то движение межзвёздного вещества (а это не только Тёмная материя, но и некий межзвёздный галактический газ) вовлекает звёзды в процесс периодической смены полюсов. Планеты не вовлекает - не тот масштаб и не те параметры у планет, чтобы они могли испытывать силы галактических уровней. А звёздам - достаётся в полной мере.. Ну а причину возникновения/исчезания пятен - могут додумать астрофизики, здесь мне просто не хватает чисто научных знаний про магнитные поля и прочее.. 5. "Когда Солнце плюётся" ".. выбросы корональной массы.. исторгаемые Солнцем облака плазмы массой в миллиарды тонн. Они плотнее, чем фоновый солнечный ветер, но все же очень разрежены по земным меркам.." - разреженность плазменных облаков может быть лишним доказательством того, что в глубинах Солнца тоже всё достаточно разреженно.. и плотным является лишь внешний "прохладный" слой, который и удерживает начинку звезды.. .. выбросы же становятся возможными, когда по некоторым причинам происходит уменьшение плотности окружающей Тёмной материи.. начиная с уровня Вселенной - спускаясь до уровня галактики - выходя на уровень Солнечной системы - и в итоге, добираясь до звезды.. Менее плотный участок Тёмной материи чуть менее охлаждает и чуть снижает надавливание на какой-либо из участков солнечной поверхности.. происходит местный "разрыв" внешнего слоя.. внутреннее разреженное плазменное содержимое "выплёвывается" на просторы звёздной системы. .. вот такие рассуждения у меня получились..
-
2
+
Что ж.. если различные объяснения солнечных загадок появляются регулярно, то позволю себе добавить собственную версию в эту копилку.. 1. "Обыкновенная, но родная" ".. В центре звезды идут термоядерные реакции. В этих реакциях рождаются фотоны. Давление этого излучения буквально распирает Солнце изнутри и не дает гравитации сжимать его.." - в последнее время мне интересно рассматривать некоторые космические явления с ракурса не гравитации, а равномерного сферического надавливания на объекты со стороны окружающей Тёмной материи.. Возьмём Солнце: - возможно, внутри себя оно не массивное.. и не может за счёт собственного притяжения/гравитации удерживать собственную термоядерную начинку.. - возможно, "удержание" солнечной начинки происходит из-вне.. окружающая холодная Тёмная материя немножечко (или множечко) остужает внешний слой Солнца, делая его плотнее : .. меньшая температура поверхности.. замедленное движение частиц в поверхностном слое.. уплотнение этого слоя по сравнению с внутренней частью.. внешний "плотный" слой удерживает в сохранности разреженную и высокоэнергетичную внутреннюю начинку.. 2. "Вопрос короны" ".. Корона — это внешний разреженный слой атмосферы Солнца. Она дальше всего от центрального источника тепла и, казалось бы, должна быть относительно прохладной.." - корона - это граница между уплотнённым поверхностным слоем и надавливающей тёмной материей.. Но сначала важно подумать, каковым может быть то самое надавливание Тёмной материи по своей величине? Если брать условную единицу надавливания в пределах Солнечной системы - она покажется незначительной.. недостаточной для удержания вещества звезды в виде шарика. Однако, надавливание Тёмной материи идёт из глубин Вселенной.. из всего вселенского объёма.. и в таком ракурсе надавливание будет уже вполне себе приличным.. .. получается, что величина надавливания двояка: на уровне Солнечноё системы вроде и незначительная.. на уровне масштабов Вселенной - вполне ощутимая.. - фотоны, или какие-то другие частицы солнечного вещества, вынуждены выбираться из глубин звезды через внешний, "прохладный", плотный слой.. Преодолев эту преграду, частицы/фотоны "радостно" и со всей прытью стараются покинуть светило.. их скорость значительно возрастает - следовательно, значительно возрастает и температура в короне.. .. и на данном этапе внешнее надавливание Тёмной материи не может сколь нибудь серьёзно сдержать скорость этих "радостных" энергичных малышей.. на ближнем масштабе механизм не срабатывает.. .. продолжу..

Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: