Филип Плейт - Смерть с небес. Наука о конце света

Если бы это было так просто, ученые понимали бы все о том, что происходит на Солнце. Но на самом деле Солнце устроено невероятно сложно, внутри у него находится обширная система движущегося газа. От тепла ядра газ поднимается [8] Процесс называется конвекцией, — когда горячий воздух поднимается, а холодный воздух опускается. Вы также можете наблюдать его, нагревая воду в кастрюле на плите. , генерируя исполинские газовые конвейерные ленты высотой свыше 160 000 км, движущиеся вверх и вниз внутри Солнца. Другие реки газа похожи на высотное струйное течение на Земле, а третьи текут на север и также на юг. Солнце становится больше похоже на клубок извивающихся червей, чем на простой газовый шар. Похоже на карту Токио, но в трех измерениях и изменяющуюся с течением времени. В результате магнитное поле Солнца — просто кошмар, в нем жутко сложно разобраться. Плюс, однако, в том, что благодаря ему множество гелиофизиков не слоняются по улицам.

Все это, вместе взятое, и создает солнечное динамо. Внутри Солнца протекают токи из заряженных частиц. Так как эти токи движутся в магнитном поле, они и сами генерируют магнитное поле, в результате вся система усиливает саму себя. В данном случае пусковая рукоятка — само Солнце, собственным вращением прикладывающее механическую энергию, необходимую для того, чтобы генерировать динамо. Солнце огромное и массивное, поэтому в энергии вращения недостатка нет. Солнечное магнитное поле создается за счет вращения Солнца, но, чтобы хоть сколь-нибудь заметно его затормозить, энергия должна расходоваться миллиарды лет.

Солнечное магнитное поле устроено сложно и интересно, и под интересным я, конечно же, подразумеваю «опасное».

Или вы забыли, какой у этой книги заголовок?

Ранее я упоминал, что звезде можно дать следующее определение: объект, в центре которого происходит ядерный синтез, а стремление к расширению, обусловленное генерируемой энергией, уравновешивается силами тяготения.

В этом отношении звезды — это упражнение на соблюдение баланса. Если бы их силы тяготения были слабее, они бы раздулись или взорвались. Если бы они генерировали чуть меньше энергии, они бы сжались или пережили гравитационный коллапс (оба этих явления будут описаны подробнее в следующих главах). В стабильной звезде существует деликатный баланс между вращением, химическим составом, силами тяготения, теплом, давлением и да, магнитным полем.

Но иногда система дает сбой.

На иллюстрации простого магнитного поля вы обычно видите группу линий, выходящих из полюсов магнита и соединяющих один магнитный полюс с другим. Силовые линии магнитного бруска, например, похожи на пончик. С помощью линий магнитного поля удобно показывать силу магнита: там, где линии сходятся (как у полюсов магнитного бруска), магнитное поле сильнее; там, где они проходят на расстоянии друг от друга, поле слабее. Если вы поместите небольшой магнитный брусок в магнитное поле более крупного магнита, магнит меньших размеров сориентируется по направлению линий поля более крупного. Именно поэтому стрелка компаса указывает на север; стрелка — это магнит, и она ориентируется вдоль линий магнитного поля Земли.

Если магнит имеет более сложную форму, ситуация усложняется. Если магнитный брусок изогнуть, силовые линии поля также изогнутся. Если взять дюжину, сотню магнитов и смешать их в кучу, силовые линии поля могут сильно искривиться, потому что каждый фрагмент магнитного поля привязан к создающему его объекту. Сдвиньте один, и вы повлияете на другой.

Магнитное поле Солнца создают движущиеся потоки газа — течения, которые перекручиваются, искривляются и извиваются, как реки на Земле. Силовые линии поля возникают под поверхностью Солнца, но там не остаются; их петли прорываются сквозь поверхность Солнца наружу и ныряют обратно невероятно хитросплетенным и взаимосвязанным образом. Эти магнитные силовые линии могут сильно переплетаться и спутываться. Когда такое случается, на поверхности Солнца происходят кардинальные изменения.

Прежде всего, так как линии поля и газ взаимосвязаны, когда линии спутываются и уплотняются, движение газа затрудняется. Это как если бы на него набросили гигантскую сеть, не дающую ему двигаться свободно. Более горячий газ, поднимающийся из глубин, не может достичь поверхности, и области, в которых линии особенно плотные, начинают остывать. Поскольку яркость Солнца зависит от его температуры, более холодный участок становится тусклее, образуя темную область на Солнце, которая называется солнечным пятном . Так как по своей сути солнечные пятна — явление магнитное (на самом деле это поперечное сечение линий магнитного поля в том месте, где они пересекают поверхность Солнца), они всегда появляются парами с разной полярностью: одно как северный полюс магнита, а второе — южный полюс.

Солнечные пятна могут быть маленькими, еле заметными в телескопы на Земле, а могут быть гигантскими, гораздо больше размеров Земли, при этом некоторые из них настолько большие, что их можно видеть невооруженным глазом, когда Солнце находится у горизонта [9] Когда Солнце находится у горизонта, свет от него проходит сквозь более толстый слой воздуха, чем когда Солнце находится у нас над головой, и становится гораздо менее ярким, поэтому солнечные пятна легче увидеть. Вы, возможно, ожидаете, что сейчас я буду увещевать вас никогда не смотреть на Солнце. Однако, как ни удивительно, ни о каких случаях полной и необратимой слепоты у людей, посмотревших на Солнце, никогда не сообщалось. Вы можете повредить глаза, глядя на Солнце, — например, пользуясь дешевыми солнечными очками, задерживающими видимое, но не ультрафиолетовое излучение, или если будете смотреть на Солнце, закапав в глаза расширяющие зрачки средства, — но это довольно сложно, и в целом, глаза быстро заживают. Я не рекомендую это делать, потому что повреждения возможны, но маловероятны, и определенно не стоят тех истерик, которые они порождают. Сказав это, я должен подчеркнуть, что смотреть на Солнце в бинокль или телескоп, на самом деле, чрезвычайно опасно, так как они собирают солнечный свет. Единственный, стопроцентно безопасный способ смотреть на солнце через оптический прибор, не рискуя довести жидкость в глазе до закипания, — это проецировать изображение Солнца на лист бумаги. Есть и другие, более дорогие методы, но этот самый простой. И нет ничего более дорогостоящего, чем потерянный глаз. .

Собственно, именно наблюдения за солнечными пятнами дали астрономам первый ключ к пониманию магнитного поля Солнца. Генрих Швабе наблюдал за Солнцем в начале XIX в., десятилетиями, день за днем подсчитывая количество солнечных пятен. Он обнаружил, что оно увеличивается и уменьшается с периодичностью примерно 11 лет — сегодня мы называем этот период циклом солнечной активности . На максимуме на Солнце может быть свыше сотни пятен, но на минимуме это число уменьшается практически до нуля.