Сергей Язев - Лекции о Солнце

Как ведут себя проявления солнечной активности? Как они распределены на поверхности солнечного шара? Меняется ли со временем их интенсивность? И наконец, – почему это происходит?

То, что пятна и окружающие их факелы появляются далеко не на всей поверхности Солнца, а только в пределах так называемых королевских зон (не дальше от экватора, чем на 35–40 градусов), выше уже говорилось. Это значит, что только в этом интервале широт происходят и вспышки (исключения крайне редки). Протуберанцы могут забираться подальше от экватора – до широт 50–60 градусов. На высоких широтах наблюдаются только так называемые полярные факелы и полярные корональные дыры.

Что касается распределения по долготе, то здесь следовало бы ожидать, что группы пятен располагаются равномерно. Но оказалось, что и здесь не все так просто.

Сделаем важное замечание. На сегодняшний день понятие группы пятен используется нечасто. Как правило, применяется комплексное понятие « активная область », которое включает в себя не только группу пятен (как своеобразный «скелет» активной области), но и окружающее пятна яркое факельное поле. В более высоких слоях солнечной хромосферы факелы проявляются в виде ярких флоккулов, а в хромосферных линиях видна, кроме того, обширная зона возмущенной структуры хромосферы, которая занимает гораздо бóльшую площадь по сравнению с участком, на котором располагаются пятна, и даже с участком, занятым факелами (флоккулами). Над линией раздела магнитных полярностей в активной области лежит, как правило, протуберанец. Его часть внутри активной области низкая и компактная, а другой конец, выходящий за пределы поля флоккулов, обычно приобретает вид высокого и диффузного образования, достигающего корональных высот. Наконец, в короне над активной областью ранее отмечалась так называемая корональная конденсация, которая с помощью современных средств наблюдения видна как система разноуровневых магнитных петель. Именно в активных областях с сильными магнитными полями и большими перепадами (градиентами) в напряженности поля происходят вспышки. Чем сложнее магнитная структура активной области, тем более мощной может оказаться вспышка.

Итак, активная область – это единая физическая система многих проявлений солнечной активности, имеющих магнитную основу и тесно связанных друг с другом.

Во второй половине ХХ века многие исследователи обратили внимание на то, что активные области возникают не всегда случайно. Неоднократно наблюдались ситуации, когда активные области возникали целыми «гроздьями», причем одни разрушались, а другие возникали на том же месте или совсем рядом. Такие системы получили название « комплексы активности ». Наблюдения короны показывают, что высокие арки магнитного поля соединяют между собой разные активные области, входящие в один комплекс активности, – другими словами, это действительно физически единые магнитные системы. Продолжительность жизни комплексов активности в несколько раз превышает время существования индивидуальной активной области. Любопытно, что области постоянного пятнообразования внутри комплекса активности – их «ядра», иногда живущие больше года, – не смещаются в кэррингтоновой системе координат и не подвергаются действию дифференциального вращения. Это можно интерпретировать как связь комплексов активности (или, по крайней мере, их ядер) с глубинными структурами на уровне дна конвективной зоны. Выше уже указывалось, что начиная с этого уровня, согласно данным гелиосейсмологии, начинается жесткое, или твердотельное, вращение Солнца. Если представить себе структуру, «привязанную» к этому слою, так и будет: на поверхности Солнца она будет вращаться с кэррингтоновой скоростью! Что это может быть?

В 1970-е годы австралийский астрофизик Джордж Пиддингтон развивал концепцию «магнитных деревьев» – мощных жгутов сильного магнитного поля, вздымающихся со дна конвективной зоны до фотосферы. Эти гипотетические «магнитные деревья», «укорененные» на глубине 200 тысяч километров, естественно, должны вращаться с кэррингтоновой скоростью, неподверженные поверхностным смещениям вещества, которые управляются законами дифференциального вращения. В обиход гелиофизиков в те времена даже вошло словосочетание « пиддингтоновская ересь ». Развивая эту концепцию, можно было вообразить ядро комплекса активности в виде «ствола» дерева, а рядом возникали новые активные области («ветки», или более тонкие жгуты поля, «отматывающиеся» от основного).

Эта идея претендовала на объяснение многих феноменов солнечной активности. Но появление и быстрый прогресс гелиосейсмологии показали, что, видимо, в основном пятна – все-таки не очень глубоко залегающие структуры: на глубине в несколько тысяч километров под пятнами неоднородности уже не «прощупываются». В связи с этим стало трудно представлять себе магнитные трубки, уходящие вертикально на глубину в две сотни тысяч километров…

Рис. 19. «Магнитное дерево», согласно гипотезе Дж. Пиддингтона, простирается сквозь всю конвективную зону Солнца. Сечения магнитных жгутов на уровне фотосферы проявляются как солнечные пятна

Еще одна из версий: комплексы активности развиваются на основе гигантских крупномасштабных конвективных ячеек, занимающих все пространство от дна конвективной зоны до фотосферы. Такая ячейка может жить долго (много месяцев) и не смещаться в кэррингтоновой системе координат. Восходящий конвективный поток в центре ячейки может «вытягивать» на поверхность Солнца магнитное поле (которое помогает всплытию за счет своей собственной плавучести). В итоге в центре огромной ячейки может возникнуть долгоживущая магнитная структура типа комплекса активности. Изучение природы этих образований продолжается. Автор, который занимается изучением этих чрезвычайно интересных солнечных образований с начала 1980-х годов, полагает, что истина лежит на стыке двух описанных гипотез…

Комплексы активности привлекают интерес тем, что именно здесь происходят самые мощные солнечные вспышки, порождаемые процессами в сложных перепутанных системах магнитных полей находящихся рядом нескольких активных областей. Исследования моих коллег по цеху гелиофизиков, а также мои собственные, показывают, что комплексы активности – это места, где вспышки наиболее вероятны…

Исследование проявлений солнечной активности на протяжении нескольких десятилетий позволили обнаружить еще один интересный и во многом загадочный эффект.