Сергей Язев - Лекции о Солнце

Факелы – довольно устойчивые образования. Они могут существовать многие недели и месяцы. Обычно факельная площадка возникает до появления пятен, ее площадь увеличивается. Когда среди факелов возникают первые пятна, вокруг формируется обширное факельное поле, которое долго (пару месяцев) существует после исчезновения последних пятен. По внешнему виду факелов опытный наблюдатель может оценить их возраст: со временем плавно меняются контраст факелов и их общая структура.

Рис. 17. Пятно на краю солнечного диска в окружении ярких факелов

Пятна и факелы на фоне вездесущей грануляции – это практически все проявления солнечной активности, которые можно увидеть на уровне фотосферы без специальных фильтров. (Впрочем, есть еще один тип факелов, не связанных с пятнами, – это так называемые полярные факелы, которые возникают на высоких широтах за пределами королевских зон и выглядят как отдельные яркие точки.)

С наблюдений именно этих двух типов образований (пятен и факелов) начался мониторинг солнечной активности, который ведется с перерывами уже почти четыре столетия. Но если мы будем подниматься над фотосферой и попытаемся исследовать области хромосферы и короны с помощью спектральных методов и специальных фильтров, мы неожиданно обнаружим гораздо более богатую и разнообразную картину, которая обычно остается незаметной!

Наблюдать хромосферные и корональные проявления солнечной активности трудно. Плотность плазмы там, как сказано выше, чрезвычайно мала, и эти слои практически прозрачны. Если убрать яркий свет, который идет снизу, от фотосферы, и оставить только слабый свет в каком-нибудь очень узком спектральном диапазоне (шириной порядка ширины спектральной линии), тогда есть шанс увидеть структуры хромосферы и короны, которые излучают именно на этой длине волны.

Это можно сделать с помощью спектрогелиографа, как когда-то делал Хэйл (для этого надо просканировать все изображение Солнца с помощью спектрографа и построить изображение диска Солнца в лучах выбранной линии). Гораздо удобнее это делать с помощью уже упоминавшихся выше ИПФ – интерференционно-поляризационных фильтров, пропускающих свет в чрезвычайно узком спектральном диапазоне (например, в свете линии водорода Н -альфа). В последнее время могут использоваться более простые и дешевые интерференционные фильтры, ширина полосы пропускания которых приближается к параметрам ИПФ. Они тоже позволяют наблюдать хромосферу Солнца в линии водорода.

Картина в свете водорода (это основной элемент на Солнце!) выглядит ошеломляюще. Мы получаем возможность проанализировать новый, более высокий срез солнечной атмосферы, расположенный примерно в 1200–1700 километрах над фотосферой.

Первое, что бросается в глаза, – это пятна. В хромосфере они тоже видны, но хуже, чем в фотосфере. Обычно хорошо просматриваются темные тени пятен, а вот полутени выглядят уже по-другому. Дело в том, что хромосфера, в отличие от фотосферы, значительно сильнее ионизована. Здесь работает главный закон плазмы – вмороженность магнитного поля в вещество. Это означает, что вещество может двигаться только вдоль силовых линий магнитного поля, и струи плазмы будут ориентироваться вдоль поля так же, как железные опилки в школьном опыте с магнитом.

На фильтрограммах (изображениях хромосферы, сфотографированных сквозь узкополосные фильтры) видно, что волокна полутени продолжаются далеко за пределы пятна, переходя в так называемую суперполутень , или системы квазигоризонтальных волоконец (фибрилл ). В результате группа пятен оказывается охваченной обширными областями возмущенной хромосферы, где видны изгибающиеся «потоки» фибрилл. Именно эта картина, впервые увиденная Хэйлом, привела его к догадке об игре магнитных полей. Важно не забывать, что называемые «волоконцами» или «фибриллами» структуры имеют гигантские по земным меркам размеры: при толщине полторы-две тысячи километров они имеют длину порядка 30 тысяч километров, а в ряде случаев и больше! Это сформированные магнитными полями изогнутые трубки, вдоль которых непрерывно течет солнечная плазма.

Над факелами в хромосфере тоже наблюдаются яркие образования. Здесь, на хромосферном уровне, они называются флоккулами. Яркие области флоккулов представляют собой своеобразные «навершия» факелов – при наложении снимков фотосферы и более высокого слоя хромосферы зоны расположения факелов и флоккулов совпадают. Но, в отличие от факелов, флоккулы великолепно видны не только на краю Солнца, но и во всей королевской зоне!

Снимки с хорошим качеством позволяют обнаружить важную закономерность флоккулов. Их яркие узелки располагаются в основном на стыках ячеек супергрануляционной сетки – они обрисовывают границы поднимающихся конвективных потоков второго характерного размера (мы уже упоминали, что размер супергранулы составляет 30–40 тысяч километров). На этих высотах конвекции уже нет, но структура конвективных ячеек сохраняется: именно на границах, и особенно на стыках нескольких супергранул, концентрируются вертикальные магнитные поля. Если магнитное поле усилено, то яркое свечение может занимать всю границу супергрануляционной сетки, а то и внутреннюю часть ячейки. В таких случаях образуется флоккул. Опытный взгляд наблюдателя может сразу определить по внешнему виду флоккулов, где поле сильнее, а где слабее, и даже оценить его напряженность по внешнему виду.

Продолжительность жизни флоккулов совпадает с таковой для факелов, что вполне естественно: это по сути одно и то же, только на разной высоте. Есть основания полагать, что плотность вещества в флоккулах в три-пять раз выше, чем в окружающей их хромосфере при той же (или чуть повышенной) температуре. Таким образом, можно сказать, что флоккулы – это устойчивые и долгоживущие хромосферные конденсации плазмы над факелами, порождаемые магнитными полями. Их ячеистая структура определяется конвекцией. Они наблюдаются не только в свете линий водорода, но и в свете линии кальция II. Кальциевые флоккулы в основном совпадают с водородными, но несколько отличаются по виду: они более контрастны по отношению к невозмущенной хромосфере, но зато и более «размытые» – в лучах кальция не видно таких тонких деталей, как в лучах водорода.

Помимо флоккулов и фибрилл, в хромосфере Солнца наблюдаются так называемые протуберанцы .