Пятна на Солнце
Пятна на Солнце – темные участки на поверхности земного светила, имеющие низкую температуру в сравнении с окружающими областями фотосферы. Их можно заметить с поверхности Земли вооруженным глазом. Они представляют собой зоны, в которых в фотосферу выходят сильные магнитные поля. Количество таких образований выступает в качестве основного показателя активности на диске.
Историческая справка
Первые упоминания об этих участках появились в 800 г. до нашей эры в Китае. А первые зарисовки возникли в 1128 г. в рамках хроники Иоанна. Что касается древнерусских литературных источников, в них такая информация датируется 14-м веком (записи летописей). Начиная с 1610 г., приходит эпоха проведения инструментальных исследований солнечной поверхности. В частности, произошло изобретение телескопа и гелиоскопа. Все это поспособствовало тому, что ученые смогли рассмотреть образования и понять причины их происхождения, а также проанализировать структуру.
Группа пятен на Солнце, сфотографированная в видимом свете. Снимок сделан космическим аппаратом Hinode 13 декабря 2006 года.
Возникновение участков
Появляются пятна на Солнце вследствие возмущений, происходящих на отдельных участках солнечного магнитного поля. В самом начале этого процесса происходит «прорыв» трубок через атмосферу в корону. В итоге сильное поле подавляет плазменное движение и препятствует попаданию наружу внутренних областей. Поначалу в этой области появляется факел, а затем – небольшая точка (пора), имеющая диаметр в несколько тысяч километров.
На протяжении нескольких часов наблюдается возрастание величины магнитной индукции, а также размера и числа пор. С течением времени они способны друг с другом сливаться и формировать пятна на Солнце в количестве одного или нескольких штук. Срок их существования равен нескольким месяцам. Этот факт и стал базой для доказательства вращения Солнца.
Традиционно пятна на Солнце образуются целыми группами. Но порой дают о себе знать одиночные элементы, продолжительность жизни которых составляет всего несколько суток. Лишь 50% пятен живет больше, чем 2 дня, а 1/10 их часть способна существовать свыше 11-ти дней. Ориентируются эти элементы параллельно относительно экватора, однако имеет место определенный наклон оси.
Свойства и характеристики
Пятна на Солнце отличаются определенными параметрами. Среднее температурное значение фотосферы составляет порядка 6000 К. В центре, где наблюдается самая темная область, этот показатель равен 4000 К. Вещество, принадлежащее образованиям, невзирая на низкую температуру, излучает свет, поэтому возникает ощущение черноты пятен. Самая темная часть, расположенная по центру, называется тенью и имеет диаметр 0,4 диаметра образования.
Этапы развития
Движение плазмы нередко заторможено вследствие локального усиления магнитного поля. В итоге вынос тепла на солнечную фотосферу замедляется. Гранулы подвергаются охлаждению на 1000 градусов, что приводит к их существенному потемнению и созданию единичного пятна на Солнце. Какие-то элементы пропадают уже спустя несколько дней, а некоторые объекты имеют возможность развития в целые группы биполярного типа. Самые внушительные по размерам категории всегда обладают связанной группой.
Возникновение солнечного пятна: магнитные линии проникают сквозь фотосферу Солнца
Размерные характеристики
Размерные параметры традиционно характеризуются протяженностью и числом пятен. Группа может включать в себя любое количество пятен в диапазоне 1-150. Площади также вариабельны. Максимальное значение присвоено группе под номером 1488603, которая возникла на солнечном диске в 1947 году, 30 марта. К 8 апреля (т. е. чуть больше чем за неделю) значение ее площади стало равняться 6132 м. с. п. В ходе максимального развития группы удалось выяснить, что отдельные пятна на Солнце пребывали в ней в количестве 170 штук.
Цикличность
Наблюдается прямая взаимосвязь между солнечным циклом и частотой, с которой появляются образования, а также их продолжительностью существования и уровнем активности. На один полный цикл приходится порядка 11 лет. Когда активность практически нулевая, таких пятен мало, или они вовсе отсутствуют. Пятна на Солнце имеют способность появляться в количестве нескольких сотен штук при повышенной активности.
В отчете Daily Mail солнечное пятно 1302 характеризовалось как «бегемот», выпускающий огромные солнечные вспышки.
Продолжительность цикла
В среднем данное значение составляет 11 лет, общий диапазон – 9-14 лет. В течение столетий эти средние значения подлежат изменениям. К примеру, в 20 веке средняя длина одного цикла была равной 10,2 года. Непостоянной является и его форма. В процессе перехода от минимального значения к максимальному показателю активность становится тем быстрее, чем большим является число пятен.
Начальное и конечное значение
Относительно недавно в качестве начала цикла было принято считать момент, в который солнечная активность находилась в точке минимума. Современные методы измерений позволили моментально определять изменение полярности, поэтому в настоящее время именно они являются началом цикла. Точная нумерация была предложена Р. В 2009 г. в соответствии с нумерацией Вольфа стартовал 24-й по счету цикл.
На практике также используется значение периодичности изменения максимального числа солнечных пятен, период которых равен 100 лет. Интервалы времени, на которые приходились их последние минимумы, следующие: 1800-1840, 1890-1920 г. Среди современных ученых имеется предположение о том, что имеются циклы еще большей продолжительности.
Источник
Откуда на Солнце пятна и как они влияют на Землю
В атмосфере Солнца постоянно возникают холодные области в виде пятен. Их количество постоянно меняется. От чего это зависит и как может отразиться на живой природе Земли?
Солнце представляет собой плотный горячий шар, состоящий в основном из водорода и гелия. Всю эту массу газов удерживает вместе гравитационная сила, благодаря которой в недрах звезды протекает реакция термоядерного синтеза. В результате этой реакции выделяется огромное количество энергии, которое разогревает внешние слои звезды до нескольких тысяч градусов и заставляет их светиться.
Однако время от времени на Солнце формируются темные области в виде пятен. Их температура примерно на 1500 градусов ниже, чем у всей остальной атмосферы звезды. Эти области называются солнечными пятнами и по их поведению можно многое сказать об активности нашей звезды.
Нашей звезде удается поддерживать такие высокие температуры в своей атмосфере благодаря постоянному перемешиванию (конвекции) потоков плазмы — более горячие внутренние слои поднимаются, а охладившиеся внешние — опускаются. Но в некоторых местах сильное магнитное поле мешает этому процессу, в результате чего формируются солнечные пятна, в которых конвекция не происходит.
Количество солнечных пятен связано с так называемым числом Вольфа. Зная количество солнечных пятен, можно рассчитать число Вольфа, которое покажет текущую активность светила. Это возможно благодаря стойкой взаимосвязи между количеством солнечных пятен и фазой цикла активности звезды. Фаза цикла активности Солнца, в свою очередь, влияет на жизнь на Земле.
Так, при увеличении солнечной активности на Земле могут возникать сильные магнитные бури, приводящие к проблемам в телекоммуникационных и энергетических сетях. Кроме того, высокая активность нашей звезды может стать причиной обострения симптомов некоторых заболеваний. Также при активном Солнце люди быстрее утомляются и становятся менее внимательными.
Источник
Солнечные пятна: каковы причины их появления и чем они угрожают Земле
Как происходят магнитные бури и вспышки на Солнце, почему солнечные пятна темнее поверхности Солнца, как они возникают и чем опасно их образование для жителей Земли.
Самое древнее упоминание о солнечных пятнах сделано ещё во времена Древней Греции, учеником Аристотеля – Теофрастом из Афин. Так уж получилось, что именно ученику, довелось основательно пошатнуть теорию учителя – ведь Аристотель (и Птолемей), считали звезды за совершенные и неизменяемые сферы. Однако, как сказал поэт (Михаил Херасков) “И в Солнце, и в Луне есть темные места!”.
Упоминают о пятнах на солнце есть и во “Всемирной хронологии” Иоанна Вустерского (Англия), и в наших, русских никоновских летописях, а по словам китайских историков – в Китае солнечные пятна заметили и описали ещё до древних греков. Однако началом “научного” осмысления пятен на Солнце все же принято считать 1610 год, когда (с появлением телескопа и первых наблюдений Галилео Галилея) появилась возможность инструментально их зафиксировать.
Систематические наблюдения за пятнами на Солнце начали вести примерно с 1750 г., и, хотя природа их появления оставалась не ясной вплоть до 20-го века, выявить некоторые закономерности и сходные черты этого явления, астрономам удалось довольно быстро.
Галилео Галилей наблюдает в свой телескоп космические объекты. Судя по звездному небу на картинке, вряд ли он занят наблюдениями за пятнами на Солнце!
Солнечные циклы и солнечные пятна
Уже с начала XVIII в. было известно, что интенсивность пятен и время их появления находятся в рамках периода, равного примерно 11 земным годам. Этот период получил название солнечный цикл. За это время пятна на Солнце появляются, достигают максимальных размеров, а затем понемногу уменьшаются. Солнечный цикл может длиться от 7 до 15 лет, его средняя продолжительность составляет 11,07 года.
В начальной фазе солнечного цикла в течение многих дней или недель на Солнце не наблюдается никаких следов пятен. На заключительном этапе периода на Солнце можно видеть около двух десятков скоплений пятен, не говоря об единичных.
Каждое солнечное пятно существует в среднем в течение нескольких месяцев, но тот факт, что цикл составляет 11 лет, свидетельствует о глубоких и длительных процессах, происходящих в недрах Солнца.
Солнечный цикл, судя по всему, связан с взаимодействием магнитного поля светила с конвективным слоем.
В 1908 г. Иоганн Галле совершил открытие — солнечные пятна имеют мощные магнитные поля. Мощность поля типичного пятна составляет 0,25 теслы. Для сравнения — мощность магнитного поля Земли меньше и составляет 0,0001 теслы.
Замечена интересная регулярность в плане распределения магнитных полей — если группа солнечных пятен образуется в Северном полушарии, значит, в предыдущем цикле пятна дислоцировались в Южном полушарии, и так далее. Когда заканчивается один цикл и начинается другой, полярность уравновешивается. Таким образом, полный солнечный цикл, включая и перемещение полярности, длится около 22 лет.
Впрочем, пятна могут появиться одновременно в двух полушариях Солнца симметрично в отношении экватора. Места образования пятен перемещаются на 4,5° — 5° в течение всего цикла.
Солнечные пятна на фоне диска Солнца
Солнечные пятна и солнечные вспышки
Именно солнечные пятна являются областями наибольшей активности на Солнце. В том случае, если пятен появляется много, существует высокая вероятность того, что произойдет пересоединение магнитных линий — линии, проходящие внутри одной группы пятен, соединяются с линиями из другой группы пятен, имеющими противоположную полярность.
Видимым результатом этого процесса является солнечная вспышка.
Всплеск излучения от солнечной вспышки, достигая Земли, вызывает сильные возмущения её магнитного поля (“магнитная буря“), нарушает работу искусственных спутников и даже оказывает влияние на расположенные на планете объекты.
Из-за нарушений магнитного поля Земли увеличивается вероятность возникновения северных сияний в гораздо более низких географических широтах, чем обычно. Ионосфера Земли также сильно подвержена изменению солнечной активности, что проявляется в нарушении распространения коротких радиоволн – в периоды сильной солнечной активности, Солнце “глушит” волны коротких диапазонов и вносит в них весьма ощутимые помехи.
Солнечный ветер постоянно воздействует на магнитосферу Земли, но как правило она успешно «гасит» его «порывы». В случае мощной солнечной бури, магнитное поле нашей планеты едва справляется с потоком солнечной радиации, заметно «сжимаясь» в размерах
Почему солнечные пятна выглядят темными
Солнечные пятна на фоне поверхности Солнца выделяются своим темным цветом. Это связано с тем, что температура солнечных пятен довольно значительно ниже, чем температура фотосферы звезды.
Вокруг самой темной области пятна (ее называют «тень») — находится зона средней светимости — «полутень». Температура солнечного пятна колеблется от 4300° до 4800° К, то есть, примерно на 1000-1500° ниже, чем температура фотосферы.
В полутени температура составляет 5400-5500° К. Для тени характерна светимость, составляющая 32% от фотосферы, для полутени — 80%, поэтому по контрасту с фотосферой они выглядят темными.
Понижение температуры внутри пятен связано с подавлением мощным магнитным полем пятен, конвективных движений вещества внутри Солнца и, как следствие, снижением потока переноса тепловой энергии в этих областях, то есть “остыванием” участка “накрытого” пятном.
На “холодных” звёздах наблюдаются пятна гораздо большей площади, чем на Солнце.
Коллаж – размеры планеты Земля на фоне не самых крупных по размерам солнечных пятен. Как видите, пятна на Солнце имеют действительно гигантский размер.
Появление и время существования солнечных пятен
Пятна на Солнце возникают в результате возмущений отдельных участков магнитного поля Солнца – узкие “языки” магнитного поля звезды внезапно “разрывают” фотосферу в область короны, и сильное магнитное поле подавляет конвективное движение разогретой плазмы, препятствуя в этих местах переносу энергии из внутренних областей Солнца наружу.
В месте “прорыва” фотосферы образуется затемнение, диаметр которого равен нескольким тысячам километров. Это так называемые «поры». Большая часть пор исчезает через день. Другие, напротив, увеличиваются в размерах и приобретают типичные черты пятен, становится заметной полутень, протяженность может составлять от 7000 до 50 000 км.
Срок существования пятен составляет от 2-х недель до нескольких месяцев, то есть отдельные “устойчивые” группы солнечных пятен могут наблюдаться в течение нескольких оборотов Солнца. Интересно, что именно это явление и позволило первым исследователям Солнца, убедительно доказать вращение нашей звезды, а также провести измерения периода обращения Солнца вокруг оси.
Группа устойчивых солнечных пятен на поверхности Солнца. Звезда вращается, и пятна вращаются вместе с ней
Пятна обычно образуются группами, но иногда возникает одиночное пятно, живущее всего несколько дней, или биполярная группа: два пятна разной магнитной полярности, соединённые линиями магнитного поля. Западное пятно в такой биполярной группе называется «ведущим», «головным» или «P-пятном» (от англ. preceding), восточное — «ведомым», «хвостовым» или «F-пятном» (от англ. following).
Только половина солнечных пятен живёт больше двух дней, и всего десятая часть — более 11 дней.
Пятна перемещаются но солнечной поверхности. Дело в том, что Солнце не является твердым телом и его скорость вращения в разны х зонах неодинакова. Например, в зоне экватора период вращения составляет примерно 27 суток, в то время как в полярных частях светила он равен примерно 31 суткам.
В начале 11-летнего цикла солнечной активности пятна на Солнце появляются на высоких гелиографических широтах (порядка ±25—30°), а по ходу времени, перемещаются к солнечному экватору, в конце цикла достигая уже широт ±5—10°. Эта закономерность носит название закон Шпёрера.
Источник