Атмосфера Солнца: фотосфера, хромосфера и солнечная корона
Фотосфера
Фотосфера — Это видимая поверхность звезды, извергающая основную часть оптического излучения. Толщина этого слоя от 100 до 400 км, а температура от 6600° К (внутри) до 4400° К (у внешнего края). Размеры Солнца определяются именно по фотосфере. Газ здесь относительно разреженный, а скорость вращения его различна в зависимости от области. В экваториальной области один оборот происходит за 24 дня, а в районе полюсов за 30 дней.
Хромосфера
Эта оболочка окружает фотосферу, и её толщина около 2000 км. Верхняя граница хромосферы характерна постоянными горячими выбросами – спикулами. Эту часть Солнца увидеть можно только при полном солнечном затмении. Тогда она проявляется в красных тонах.
Солнечная корона
Это последняя солнечная оболочка. Она характеризуется наличием протуберанцев и извержениями энергии. Они выплёскиваются на сотни тысяч километров, порождая солнечный ветер.
Температура короны намного выше поверхности Солнца – 1 000 000° К – 2 000 000° К, а в некоторых местах от 8 000 000° К до 29 000 000° К. Но увидеть корону можно лишь при солнечном затмении. Корона изменяет свою форму. Изменения зависят от цикла солнечной активности. На пиках максимума её форма округлая, а в минимальных значениях – вытянутая вдоль экватора.
Солнечный ветер
Солнечный ветер — это поток ионизованных частиц, выбрасываемых из Солнца во всех направлениях со скоростью около 400 км в секунду. Источником солнечного ветра является солнечная корона. Температура короны Солнца настолько высока, что сила гравитации не способна удержать ее вещество вблизи поверхности, и часть этого вещества непрерывно улетает в межпланетное пространство.
Хотя мы понимаем общие причины, по которым возникает солнечный ветер, многие детали этого процесса все еще не ясны. В частности, в настоящее время до конца не известно, где именно корональный газ ускоряется до таких высоких скоростей.
Источник
Корона Солнца
Корона Солнца — внешняя часть атмосферы нашего светила. Она и самая протяжённая. Её можно с успехом наблюдать во время немногочисленных полных затмений. Тогда наш Луна закрывает собой весь солнечный диск и корона в виде яркого ореола становится видна для обозрения. Вся атмосфера звезды очень неоднородна, это касается и короны. В структуре короны встречаются дыры, протуберанцы и петли. Их размеры, конфигурация и структура постоянно меняется на протяжении циклов активности Солнца. Ниже расположена схема строения Солнца со слоями.
Графическое представление слоев Солнца
Линии излучения короны Солнца
Ранние исследования учёных и астрономов-любителей солнечного спектра выявили множество различных линий и излучений, которые трудно было с чем-то сопоставить. Известные химические элементы не давали таких линий при спектральном анализе. Некоторыми было высказано мнение о существовании неизвестных земной науке веществ, присутствующих в составе звезды. Вещество получило своё название – короний.
Элемент пытались открыть, пока не обратили внимание на температуру солнечной короны. Её значение превысило 1 миллион градусов по Цельсию. Такая температура вызывает полную ионизацию находящихся в составе атмосферы веществ: водорода и гелия. Они теряют свои электроны и не могут излучать в привычном спектре. Поэтому на фоне ионизации видимая часть излучения становится характерна для редких элементов, непривычных для основного состава звезды. Начинают выделяться линии ионизированного железа и кальция. Соединение их спектров и дало неизвестный короний, доводивший до исступления учёных.
Корону Солнца удобно наблюдать при солнечном затмении
Сейчас же для наблюдения за короной Солнца не нужно долго ждать следующего полного затмения. Существуют новые инструменты для исследования короны (коронографы), которые в любой момент закрывают солнечный диск специальными заслонками и дают возможность изучать атмосферу нашего светила. Кроме того, на нашем сайте можно найти множество фото солнечной короны в различных фильтрах.
Корона Солнца в рентгеновском излучении
Исследования короны Солнца с земли в видимом диапазоне являются сегодня исключением. Всё изучение учёными перешло в рентгеновский диапазон, невидимый с поверхности Земли. Это вызвано очень высокой температурой на поверхности звезды. Кроме того, фотосфера и хромосфера Солнца не производят почти рентгеновских лучей и не мешают своими излучениями учёным для наблюдения и изучения короны.
Именно так выглядит корона Солнца в рентгеновском излучении
Оптика для исследования и фотографирования рентгеновского спектра значительно отличается от обычной. У вас не получится наблюдать за звездной короной, даже если купите самый дорогой телескоп. Дело в том, что пригодный для изучения короны инструмент должен находиться за пределами нашей земной атмосферы — на борту спутника или геофизической ракеты. В конце прошлого века очень много полезной информации дал японский спутник Yohkoh. Его исследование короны проходило с 1991 по 2001 год. В нашем веке занимались изучением короны в рентгеновском спектре спутники: Коронас-Ф, Сохо и Трейс. Российский Коронас-Фотон выведен на земную орбиту в 2008 году. На его борту имеется комплекс оборудования с телескопом Тесис для получения фотографий высокого разрешения. Они помогут разрешить много загадок и дать ответы на природу нашего светила и его короны. Учёные-физики получили отличный инструмент для исследования ближайшей звезды и космоса.
Источник
Почему солнечная корона намного горячее поверхности Солнца? Рассказывают астрофизики
Температура внешней атмосферы Солнца, так называемой «солнечной короны» — более 2 млн градусов Цельсия, тогда как газовая поверхность звезды нагревается всего до 5 тыс. градусов Цельсия. Несмотря на это, в ядре Солнца температура может доходить и до 15 млн градусов. Астрофизики журнала «EurekAlert!» попытались объяснить этот феномен.
11 августа 2018 года организация НАСА запустит один из своих амбициозных проектов — зонд Parker, который приблизится максимально близко к поверхности Солнца — 6,1 млн км, возможно, даже коснется его и не расплавится.
«Корона, через которую полетит Parker Solar Probe, имеет чрезвычайно высокую температуру, но очень низкую плотность», — объяснила инженер Сюзанна Дарлинг из НАСА.
Благодаря этому свойству теплозащитный экран, закрывающий Parker Solar Probe, будет нагреваться всего на 1 644 °C.
«Подумайте о различии между тем, как положить руку в горячую духовку или в кастрюлю с кипящей водой. В духовке ваша рука сможет выдержать гораздо более высокие температуры, поскольку там ниже плотность пространства. Аналогично этому происходит и на Солнце — корона менее плотная, поэтому космический аппарат взаимодействует с меньшим количеством частиц и не получает огромного количества тепла».
При этом человечество довольно мало знает о солнечной короне. Источниками для изучения становились только солнечные затмения, поскольку Луна блокировала самую яркую часть звезды — это позволило наблюдать за тусклой внешней атмосферой Солнца.
В 1869 году астрофизики во время полного солнечного затмения наблюдали зеленую спектральную линию. Поскольку различные элементы излучают свет на характерных для них длинах волн, ученые могут использовать спектрометры для анализа света и, соответственно, определения его состава. При этом зеленая линия, наблюдаемая с Земли в 1869 году, не соответствовала каким-либо известным элементам на Земле. Ученые тогда подумали, что обнаружили новый элемент, и назвали его корониумом.
Ученые предлагают затенить Солнце, чтобы спасти коралловые рифы
Только в середине XX века шведские физики поняли, что корониум на самом деле — не новый элемент, а железо, перегретое до такой степени, что было ионизировано 13 раз — у него осталась только половина электронов атома обычного железа. Такой процесс ионизации может случиться, только если корональные температуры составляют более 2 млн градусов по Цельсию — это в 200 раз больше, чем на поверхности.
За время открытия корональной атмосферы ученые со всего мира пытались понять ее поведение, но даже самые сложные модели и наблюдения со спутников в высоком разрешении лишь частично объясняют такое резкое нагревание. А многие теории противоречат друг другу.
Астрономы обнаружили 12 новых спутников Юпитера
Люди могут находиться только в экспансивной атмосфере Солнца, поэтому данные, которые ученые получают от анализа солнечной плазмы в околоземном пространстве, резко отличаются от информации о звезде, которую можно получить, находясь рядом с ним. За те 146 млн км, которые солнечный ветер добирается за четыре дня до Земли, он множество раз смешивается с другими частицами и теряет огромное количество своих определяющих черт.
При этом близко к короне спутник Parker будет соприкасаться только с идентичными горячими частицами. Спутник проверит две главные теории, которые объясняют корональное нагревание.
13 июля пройдет солнечное затмение суперлуной
Одна из теорий считает, что главной причиной экстремальных температур короны являются электромагнитные волны определенной частоты — волны Альвена — выходящие из глубины Солнца в корону и посылающие заряженные частицы, которые вращаются и нагревают атмосферу. Это немного похоже на то, как океанские волны ускоряют движение серферов к берегу, отмечают ученые.
Согласно другой теории, микроразрывы, называемые нанофларами, — слишком маленькие и быстрые для обнаружения, — могут нагревать корону. Эти теории пока невозможно доказать, поэтому данные со спутника НАСА могут значительно продвинуть солнечную астрофизику.
Источник
Почему корона Солнца горячее его поверхности
Группа французских астрофизиков под руководством Тахара Амари (Tahar Amari) из центра теоретической физики CNRS попыталась ответить на вопрос, почему корона Солнца во много раз горячее его поверхности, сообщает агентство Science News. Их исследование было опубликовано в журнале Nature.
Поверхность Солнца имеет температуру около 5500º. Однако на расстоянии около 10000 км от поверхности Солнца находится солнечная корона, которую мы видим как своего рода гало — ее температура достигает уже миллиона градусов. Причина такого различия в температуре между поверхностью и короной до сих пор была не ясна. Предполагалось, что это может быть как-то связано с электромагнитными волнами.
Работа Тахара Амари и его коллег показывает, что как именно это может происходить. Ученые предполагают, что над поверхностью Солнца расположено огромное количество электромагнитных структур, которые способны, подобно деревьям, отводить на расстояние тысяч километров магнитную энергию, которая формируется на поверхности Солнца. Компьютерное моделирование показало, что эти своеобразные электромагнитные заросли достигают короны, где, переплетаясь, выплескивают накопленную энергию, которая и позволяет короне нагреться до столь большой температуры. Кроме того, ученые отметили, что эти же структуры могут быть ответственны и за образование вспышек на Солнце.
Следует заметить, что гипотеза французских ученых не первая, разумеется, которая пытается объяснить, почему солнечная корона такая горячая. Например, группа американских астрофизиков недавно предположила, что за это отвечают так называемые нановспышки.
Источник
Три открытия и три ошибки, рожденные солнечными затмениями
Как выглядит корона Солнца: описание внешнего слоя атмосферы, строение и структура Солнца на фото, дыры, протуберанцы, солнечные пятна и петли, температура.
Корона Солнца — внешняя часть атмосферы нашего светила. Она и самая протяжённая. Её можно с успехом наблюдать во время немногочисленных полных затмений. Тогда наш Луна закрывает собой весь солнечный диск и корона в виде яркого ореола становится видна для обозрения. Вся атмосфера звезды очень неоднородна, это касается и короны. В структуре короны встречаются дыры, протуберанцы и петли. Их размеры, конфигурация и структура постоянно меняется на протяжении циклов активности Солнца. Ниже расположена схема строения Солнца со слоями.
Графическое представление слоев Солнца
Составляющие внешенего слоя Солнца
Слой, который мы видим, называется фотосферой или сферой света. Фотосфера отмечена яркими, кипящими гранулами плазмы и более темными, холодными солнечными пятнами, которые возникают, когда солнечные магнитные поля прорываются через поверхность. Пятна появляются и перемещаются по диску Солнца. Наблюдая это движение, астрономы заключили, что наше светило оборачивается вокруг своей оси. Так как Солнце не имеет твердой основы, различные области вращаются с разной скоростью. Области экватора проходят полный круг примерно за 24 дня, в то время как вращение полярных может занять более 30 дней (чтобы сделать оборот).
Что такое хромосфера?
Зону, окружающую фотосферу, которая является внешней оболочкой Солнца, называют хромосферой. Узкая область отделяет корону от хромосферы. Температура поднимается резко в переходной области, от нескольких тысяч градусов в хромосфере до более чем миллиона градусов в короне. Хромосфера излучает красноватое свечение, как от сгорания перегретого водорода. Но красный обод можно увидеть только во время затмения. В другое время свет от хромосферы, как правило, слишком слабый, чтобы увидеть его на фоне яркой фотосферы. Плотность плазмы падает быстро, через область перехода движется вверх от хромосферы к короне.
Броуд-Пик
Другие названия: Фальхан Кангри
Высота: 8051 м
Горная система: Каракорум
Месторасположение: Пакистан, Китай
Дополнительные вершины: Броуд-пик Предвершина (8028 м)
Первое восхождение: 9 июня 1957 г. Фриц Винтерстеллер, Маркус Шмук, Курт Димбергер, Герман Буль
Броуд-Пик — это еще одна гора, на которой некоторые альпинисты по незнанию поднимаются только на более низкий Броуд-пик Предвершина, хотя для засчитанного восхождения надо дойти до Броуд-пик Главного.
Что такое солнечная корона? Описание
Астрономы неустанно проводят исследования загадки, которую таит в себе солнечная корона. Что она из себя представляет?
Это атмосфера Солнца или его внешний слой. Такое название дали потому, что его внешний вид становится очевидным, когда происходит полное солнечное затмение. Частицы от короны простираются далеко в космос и, по сути, достигают орбиты Земли. Форма в основном определяется магнитным полем. Свободные электроны в коронном движении вдоль силовых линий магнитных полей образуют множество различных структур. Формы, которые наблюдаются в короне над солнечными пятнами, часто имеют подковообразные очертания, что еще раз подтверждает, что они следуют по линиям магнитного поля. С вершины таких «арок» длинные растяжки могут распространяться, на расстоянии диаметра Солнца или даже больше, как будто какой-то процесс вытягивает материал от верхушки арок в пространство. В этом задействован солнечный ветер, который попадает наружу через нашу солнечную систему. Астрономы назвали такие явления «шлем серпантин» из-за их сходства с зубчатыми шлемами, которые носили рыцари и использовали некоторые немецкие солдаты до 1918 г.
Гашербрум II
Другие названия: K-4
Высота: 8035 м.
Горная система: Каракорум
Месторасположение: на границе Пакистана и Китая
Дополнительные вершины:
Первое восхождение: 7 июля 1956 года, австрийская экспедиция в состав которой вошли Фриц Моравец, Йозеф Лиственч и Ганс Вилленпарт.
Гашербрум II считается одним из самых легких восьмитысячников, с наиболее низкой смертностью. Гашербрум II находится на вершине ледника Балторо.
Из чего состоит корона?
Материал, из которого образуется солнечная корона, является чрезвычайно горячим, состоящим из разреженной плазмы. Температура внутри короны более миллиона градусов, на удивление, гораздо выше, чем температура на поверхности Солнца, которая составляет около 5500 °C. Давление и плотность короны, намного ниже, чем в атмосфере Земли.
Наблюдая видимый спектр солнечной короны, были обнаружены яркие эмиссионные линии на длинах волн, которые не соответствуют известным материалам. В связи с этим, астрономы предположили существование «корония» в качестве основного газа в короне. Истинная природа этого явления оставалась тайной, пока не обнаружили, что корональные газы перегреты выше 1.000.000 °C. При наличии такой высокой температуры два доминирующих элемента — водород и гелий — абсолютно лишены своих электронов. Даже незначительные вещества, такие как углерод, азот и кислород разделись до голых ядер. Только более тяжелые составляющие (железо и кальций) способны сохранить некоторые из своих электронов под воздействием таких температур. Излучение из этих высокоионизованных элементов, которые образуют спектральные линии, до недавних времен оставались загадочными для ранних астрономов.
Чо Ойю
Высота: 8188 м
Горная система: Гималаи
Местонахождение: Непал, Китай
Первое восхождение: 19 октября 1954 г., Херберт Тихи, Йозеф Йёхлер, Пазанг Дава Лама
Чо Ойю расположена северо-западнее Эвереста, в 20 километрах от него, на границе между Непалом и Китаем. Название Чо Ойю означает «бирюзовая богиня». Чо Ойю считается одним из самых простых восьмитысячников, с низким уровнем смертности. Именно с этой горы было осуществлено всех больше спусков на лыжах.
Яркость и интересные факты
Солнечная поверхность слишком яркая и, как правило, нашему зрению недоступна ее солнечная атмосфера, корона Солнца тоже не видна невооруженным глазом. Внешний слой атмосферы очень тонкий и слабый, поэтому его можно увидеть только с Земли в то время когда происходит солнечное затмение или при помощи специального телескопа-коронографа, который имитирует затмение, покрывая яркий солнечный диск. Некоторые коронографы используют наземные телескопы, другие проводятся на спутниках.
Яркость солнечной короны в рентгеновских лучах происходит из-за его огромной температуры. С другой стороны, солнечная фотосфера излучает очень мало рентгеновских лучей. Это позволяет просматривать корону по диску Солнца, когда мы наблюдаем его в рентгеновских лучах. Для этого используется специальная оптика, которая позволяет видеть рентгеновские лучи. В начале 70-х годов первая космическая станция США Скайлэб использовала рентгеновский телескоп, при помощи которого были отчетливо видны солнечная корона и солнечные пятна или дыры впервые. В течение последнего десятилетия было предоставлено огромное количество информации и изображений на короне Солнца. При помощи спутников солнечная корона становится более доступной для проведения новых и интересных наблюдений Солнца, его особенностей и динамичного характера.
Гашербрум I
Другие названия: K-5, Хидден-Пик
Высота: 8080 м
Горная система: Каракорум
Месторасположение: Пакистан, Китай
Первое восхождение: 5 июля 1958 г. , американские альпинисты Эндрю Кауффман, Пит Шонинг
Гашербрум называют весь огромный хребет в восточной части ледника Балторо. В 2003 году на Гашербруме I погиб при восхождение под ледовым обвалом украинский альпинист Владимир Пестриков.
Температура Солнца
Хотя внутренняя структура солнечного ядра скрыта от прямых наблюдений, можно сделать вывод, с использованием различных моделей, что максимальная температура внутри нашей звезды составляет около 16 миллионов градусов (по Цельсию). Фотосфера — видимая поверхность Солнца — имеет температуру около 6000 градусов по Цельсию, однако она увеличивается очень резко от 6000 градусов до нескольких миллионов градусов в короне, в районе 500 километров над фотосферой.
Солнце горячее на внутренней стороне, чем на внешней стороне. Тем не менее, наружная атмосфера Солнца, короны, действительно горячее, чем фотосферы.
В конце тридцатых годов Гротриан (1939) и Эдлен обнаружили, что странные спектральные линии, наблюдаемые в спектре солнечной короны, излучаются элементами, такими как железо (Fe), кальций (Са) и никель (Ni) в очень высоких стадиях ионизации. Они пришли к выводу, что корональный газ сильно нагревается с температурой более 1 миллиона градусов.
Вопрос о том, почему солнечная корона настолько горяча, остается одной из самых захватывающих головоломок астрономии за последние 60 лет. Однозначного ответа на этот вопрос пока нет.
Хотя солнечная корона несоизмеримо горяча, она также имеет очень низкую плотность. Таким образом, лишь небольшая часть от общего солнечного излучения требуется для подпитки короны. Суммарная мощность, излучаемая в рентгеновских лучах, составляет лишь около одной миллионной полной светимости Солнца. Важный вопрос заключается в том, как транспортируется энергия до короны и какой механизм отвечает за транспорт.
Манаслу
Другие названия: Кутанг
Высота: 8156 м
Горная система: Гималаи
Местонахождение: Непал
Дополнительные вершины: Манаслу Восточная (7992 м), Манаслу Северная (6994 м)
Первое восхождение: 9 мая 1956 года, японцы Тошио Иманиши и Гьялцен Норбу
Манаслу переводится с санскрита, как «Гора духов» находится в 60 километрах от Аннапурны. Манаслу входит в пятерку самых опасных гор в мире. Массовая трагедия на Манаслу произошла в 1972 году, когда корейская экспедиция в составе 16 человек погибла под снежной лавиной на высоте 6950 метров.
В 1993 году российская экспедиция с Камчатки из 8 человек пыталась покорить Манаслу по северному маршруту. На вершину взошел только Владимир Лопатников, спустился на лыжах. Два альпиниста Игорь Хмиляр и Сергей Ядрышников погибли на подъеме. В 2020 году российские альпинисты Виталий Лазо и Антон Пуговкин вдвоем совершили бескислородное восхождение и спустились на горных лыжах, при этом снимая себя на камеру. Материалы съемки стали основой документального фильма «Фрирайд в зоне смерти».
Механизмы питания солнечной короны
На протяжении многих лет было предложено несколько различных механизмов питания короны:
- Акустические волны.
- Быстрые и медленные магнито-акустические волны тел.
- Альфвеновские тела волны.
- Медленная и быстрая магнито-акустические поверхностные волны.
- Ток (или магнитное поле) — рассеивание.
- Потоки частиц и магнитного потока.
Эти механизмы были проверены как теоретически, так и экспериментально и на сегодняшний день только акустические волны были исключены.
Пока что еще не изучено, где заканчивается верхняя граница короны. Земля и другие планеты Солнечной системы располагаются внутри короны. Оптическое излучение короны наблюдается на 10—20 радиусов Солнца (десятки миллионов километров) и объединяется с явлением зодиакального света.
Дхаулагири I
Высота: 8167 м
Горная система: Гималаи
Местонахождение: Непал
Первое восхождение: 13 мая 1960 года, швейцарско-австрийская экспедиция
Горный массив Дхаулагири состоит из 11 вершин, самая высокая из них — Дхаулагири I. Название переводится с санскрита, как «Белая гора». Дхаулагири находится западнее Аннапурны, в 34 километрах от нее.
Магнитный ковер Солнечной короны
В последнее время «магнитный ковер» был связан с головоломкой коронального отопления.
Наблюдения с высоким пространственным разрешением показывают, что поверхность Солнца покрыта слабыми магнитными полями, сосредоточенными на небольших участках противоположной полярности (магнит ковра). Эти магнитные концентрации, как полагают, являются основными точками отдельных магнитных трубок, несущих электрический ток.
Недавние наблюдения этого «магнитного ковра» показывают интересную динамику: фотосферные магнитные поля постоянно перемещаются, взаимодействуют друг с другом, рассеиваются и выходят на очень короткий период времени. Магнитное пересоединение между магнитным полем противоположной полярности может изменить топологию поля и выпустить магнитную энергию. Процесс переподключения также приведет к рассеиванию электрических токов, которые преобразуют электрическую энергию в тепло.
Это общее представление о том, как магнитный ковер может быть вовлечен в корональный нагрев. Однако утверждать, что «магнитный ковер» в конечном счете решает проблему нагрева короны нельзя, так как количественная модель процесса еще не предложена.
Лхоцзе
Высота: 8516 м
Горная система: Гималаи
Местоположение: Китай, Непал
Первое восхождение: 18 мая 1956 года, швейцарцы Эрнст Райсс и Фриц Лухзингер
Дополнительные вершины: Западная промежуточная вершина (8426 м), Лхоцзе Средняя (8376 м) и Лхоцзе Шар (8398 м).
«Лхоцзе» на тибетском означает «южный пик». Гора расположена южнее Эвереста на три километра, отделена Южным седлом от него. Особенность маршрута на Лхоцзе — он частично совпадает с маршрутом на Эверест. Близостью к самой высокой вершине в мире объясняется непопулярность восхождения на Лхоцзе.
Классический и самый легкий маршрут на Лхоцзе — по северо-западной стене. Маршрут по Южной стене — самый сложный. Здесь, во время второй попытки, в 1989 году погиб Ежи Кукучка — второй на Земле покоритель всех восьмитысячников. Впервые этот маршрут был пройден сборной командой альпинистов из СССР в 1990 году. Сергей Бершов и Владимир Каратаев достигли Главной вершины Лхоцзе, благодаря слаженной работе всей команды. Рейнхольд Меснер — первый завоеватель всех восьмитысячников, пытавшийся несколько раз пройти этим маршрутом назвал его «Маршрут ХХI века».
Источник