Исследование Солнца
Долгие тысячелетия Солнце было объектом поклонения и главной фигурой в мифах и легендах. Многие культуры считали его сверхъестественным или божественным по природе. Давайте проследим за историей исследования Солнца. Ранние записи о единственной звезде Солнечной системы встречаются в протоиндоевропейской мифологии, где Солнце показано в виде восходящей к небу колеснице. В германской мифологии эта колесница называлась Сол, у ведов – Сурья, а у норвежцев – Сольвенен.
Позолоченная сторона щита в норвежской солнечной колеснице
В Месопотамии Солнце называли Уту – бог справедливости и потомок Луны. У вавилонян и ассирийцев – Шамас. В Египте – Ра, поклонение которому распространилось по всему царству с 25-го века до н.э.
В Новом Свете инки, майя и ацтеки полагали, что Солнце нуждается в человеческих жертвах. У ацтеков это был бог войны, а у греков – Гелиос, который также путешествовал на колеснице по небу.
Божество Сол на монетке римского императора Константина I (примерно 315 г. н.э.)
У римлян это был Сол, лик которого изображали на монетках в 3-м веке н.э. 25 декабря праздновали рождение Солнца. В Китае его считали мудрым дедушкой, правящем в Солнечном Дворце.
Поклонение Солнцу включало и создание храмов и дворцов в его честь. К примеру, в Египте, Мальте, Англии и Ирландии еще остались каменные мегалиты, созданные для определения летнего и зимнего солнцестояний. Стоит отметить, что все это в определенном смысле первобытные методы исследования Солнца, где звезду ассоциировали с богом, а не стандартным небесным телом. Следует переместиться дальше и увидеть, как выглядели научные методы исследования.
Люди наблюдали все внимательнее и начали появляться первые научные концепции. В 1-м тысячелетии до н.э. вавилонские мудрецы отметили, что перемещение звезды по эклиптике лишено однородности. Позже мы поймем, что все дело в движении планеты Земля.
Иллюстрация геоцентрической системы Птолемея, созданная Бартоломеу Велью в 1568 году
В 5-м веке до н. э. Анаксагор говорит, что Солнце – огненный шар, чей свет отражается от Луны. В 3-м веке до н. э. Эрастофен предлагает первую дистанцию Солнца от Земли – 148-153 млн. км. В это же время Аристарх Самосский считает, что Солнце находится в центре Вселенной, а планеты совершают обороты вокруг него. Позже эту точку зрения поддержат исламские и индийские астрономы.
В 1032 году Ибн Сина наблюдает за транзитом Венеры и понимает, что планета находится ближе к Солнцу, чем мы. Солнечные пятна отобразили и задокументировали в Китае в 206 г. до н. э.
Пластина с солнечными пятнами, созданная в 1612 году
Революционной для понимания Солнечной системы и места в ней Земли и других планет стала модель Николая Коперника (гелиоцентрическая модель мира), где Солнце находилось в центре Вселенной. Появление в 17-м веке телескопа помогло отобразить первые детали звезды и планет. В 1672 году Кассини смог вычислить дистанцию к Марсу, что помогло определить точную отдаленность от Солнца. Согласитесь, что в этих работах прослеживается больше научных методов, чем в период обожествления.
В 1666 году Исаак Ньютон первым наблюдал за солнечным светом через призму и доказал, что видит несколько цветов. В 1800 году Уильям Гершель открыл инфракрасное излучение. Спектроскопические исследования начали зарождаться в 19 веке на основе изучения светового звездного спектра.
Солнце, наблюдаемое в EUV между минимумом (слева) и максимумом (справа)
Еще одним этапом в изучении стало развитие термодинамики, где главным вкладчиком выступил Уильям Томпсон. Он предложил, что Солнце – постепенно остывающее жидкое тело, излучающее внутренний тепловой запас.
Герман фон Гельмгольц предложил возраст звезды в 20 млн. лет, что не сходилось с земным возрастом (тогда считали 300 млн. лет). В 1920 году Артур Эддингтон сообщил, что давление и температура в ядре способны привести к слиянию, что и вызывает выработку энергии.
Исследование
Давайте рассмотрим новые современные исследования Солнца. Космическая эпоха 20-го века помогла ответить на большую часть вопросов. В 1959-1968 гг. к Солнцу направились первые спутники – Пионеры 5, 6, 7, 8 и 9. Они сумели получить первые данные о солнечном ветре и магнитном поле.
В 1970-х гг. стартуют Гелиос 1 и 2, остановившиеся на орбитальном пути Меркурия и получившие обновленные и более точные сведения о ветре и короне. В 1973 году появляется космическая станция Skylab, использующая для изучения солнечную обсерваторию Аполлон.
В 1980-м году начали изучать гамма, рентгеновские и УФ-лучи. В 1991 года Япония запускает спутник Yohkoh, который до 2001 года наблюдал за вспышками. Наконец в 1995 году появляется космическая обсерватория SOHO. Она установилась в точке Лагранжа и функционировала до появления в 2010-м SDO. В 2006 году для наблюдений отправили STEREO.
Но это не последние миссии. Солнце крайне важно, потому что от его активности зависит комфорт и возможность нашего выживания, а также космическая погода. В 2017 ЕКА планирует отправить Solar Orbiter, который установится на дистанции в 0.28 а. е. к звезде и будет фиксировать ее перемены. В 2018 году может стартовать зонд Plus НАСА, который подойдет на 8.5 солнечных радиусов и будет заниматься измерением частичек и энергии солнечной короны.
Не будем забывать, что кроме энергии и тепла, Солнце щедро поливает нас радиацией, от которой спасает только земное магнитное поле. Но Земле повезло с позицией, поэтому звезда стала источником жизни, который периодически пытается нас убить. Ниже можно ознакомиться со знаменательными датами изучения Солнца.
Космические аппараты, исследовавшие Солнце
- 150 г. до н.э. – Птолемей создает «Альмагест», в котором описывает модель нашей системы. Она считалась верной до 16 века;
- 1543 г. – Николай Коперник демонстрирует работу «Революции небесных тел», в которой продвигает гелиоцентрическую (Солнце в центре) модель;
- 1610 г. – Галилео Галилей и Томас Харриот отдельно наблюдают за солнечными пятнами в телескопы;
- 1645-1715 гг. – Активность солнечных пятен не сократилась, что могло привести к небольшому ледниковому периоду. Обычно замершие реки оставались жидкими круглый год на более низких высотах;
- 1814 г. – Обнаружение спектральных линий на Солнце. Стали отпечатками элементов в 1859 году;
- 1826-1843 гг. – Официальное признание существования цикла солнечных пятен;
- 8 июля 1842 г. – Первый ИК-обзор солнечной короны, выполненный в период полного затмения в Милане;
- 1848 г. – Солнечные пятна отображают более прохладную температуру, чем остальная фотосфера;
- 1 сентября 1859 г. – Первый обзор вспышки и ее геомагнитных эффектов на Земле;
- 18 июля 1860 г. – Первый зарегистрированный выброс корональной массы, зафиксированный в момент затмения;
- 1942 г. – Впервые заметили солнечное радиоизлучение;
- 1946 г. – Первый ракетный обзор нашей звезды;
- 7 марта 1962 г. – НАСА отправляет орбитальную солнечную обсерваторию (OSO-1);
- 1973-1974 гг. – Команда Skylab использует телескоп Аполлон для многоспектрального солнечного анализа с земной орбиты;
- 1994 г. – Первая миссия (Улисс) по изучению космического пространства выше и ниже солнечных полюсов;
- 26 июня – 5 ноября 1994 г. – Улисс выполняет первые наблюдения за солнечными полярными участками;
- 8 сентября 2004 г. – Аппарат Генезис доставляет образцы солнечного ветра, собранные на удаленности в 1.5 млн. км;
- 23 апреля 2007 г. – Аппарат STEREO создал первые 3D-изображения Солнца;
- Февраль 2010 г. – Обсерватория Солнечной Динамики приступает к изучению формирования солнечной активности и космической погоды через вычисление внутреннего звездного пространства, магнитного поля, раскаленной плазмы короны и уровня яркости;
- 6 февраля 2011 г. – Зонд STEREO переходит на противоположную солнечную сторону, непрерывно передавая обратно снимки;
Источник
Как изучают Солнце
Астрономы с давних пор изучают Солнце, но до определённого момента это касалось только его света, хотя наша звезда испускает и частицы высокоэнергичной заряженной материи. Здесь, на Земле, поймать их невероятно сложно, так как магнитное поле планеты отводит их прочь.
С одной стороны, это просто великолепно — они не вредят людям, на что очень даже способны. Но для науки это большое упущение, так как эти частички могли бы многое рассказать о Солнце. Исследователям пришлось приложить огромные усилия, чтобы в трёх отдельных случаях заполучить их.
«Аполлоны»
За барьером магнитного поля Земли добыть материю нашего светила несложно, так как она непрерывным потоком несётся внутри солнечного ветра. Это было понятно уже к середине прошлого века, поэтому экипажу «Аполлона-11» было поручено взять образцы не только лунной породы, но и солнечного вещества. Для последней задачи использовался причудливый инструмент — большой натягивающийся лист алюминиевой фольги. Он собирал частицы солнечного ветра практически всё то время, что Нил Армстронг и Базз Олдрин находились на поверхности Луны.
Астронавты доставили его на Землю, после чего исследователи обнаружили внутри фольги гелий, неон и аргон. Учёные знали наверняка, что эти элементы должны там быть, но это было первое физическое подтверждение их теоретических выкладок. Благодаря своей простоте, эксперимент повторялся во время всех удачных посадок «Аполлонов» на Луну, и в какой-то момент стало понятно, что по количеству гелия в алюминиевой фольге можно определять силу солнечного ветра.
«Genesis»
Следующие образцы солнечной материи удалось получить лишь через несколько десятилетий — в 2001 году, когда НАСА запустило космический аппарат «Genesis». Эта станция была отправлена в первую точку Лагранжа (L1) системы Земля-Солнце. Таких точек между каждыми двумя небесными телами насчитывается по четыре, и они являются островками гравитационного равновесия, оказавшись в которых объект не будет перетягиваться в ту или иную сторону. Здесь «Genesis» проработал два с половиной года, собирая в пробоотборник ионы солнечного ветра.
По окончании миссии станция подлетела к Земле, где от неё отделилась капсула с образцами. Дальше всё пошло не по плану — парашюты не раскрылись, и контейнер врезался в пустынную местность в штате Юта. К сожалению, большинство образцов было уничтожено. Однако те, что уцелели, рассказали много интересного. Оказалось, например, что атомы, из которых состоит Солнце, имеют несколько иную массу, чем земные их аналоги. Это крайне интригующий факт, особенно если учесть, что оба небесных тела образовались внутри одного газопылевого облака.
У нас больше тяжелого кислорода, то есть атомов, у которых на один-два нейтрона больше. Учёные пока не понимают, как так могло получиться, но несколько гипотез ими всё же выдвинуто. Вполне возможно, что сразу после образования Солнца ультрафиолетовое излучение несколько изменило концентрацию тяжелого кислорода в протопланетном диске, и Земля сформировалась там, где его оказалось больше.
Марсоход «Кьюриосити»
Частички солнечной материи изучаются не только для того, чтобы лучше узнать нашу звезду. Иногда исследователи пытаются понять, как они влияют на другие планеты и какое воздействие могут оказывать на живых существ. Довольно удобным полигоном для изысканий подобного рода является Марс, на котором, как и на Луне, нет сколько-нибудь ощутимого магнитного поля, отклоняющего солнечный ветер.
К тому же у марсохода «Кьюриосити», работающего сегодня на Красной планете, есть радиационный детектор — прибор, изначально предназначавшийся для оценки уровня излучения, к которому следует быть готовыми астронавтам, летящим на Марс.
В моменты повышенной активности нашей звезды этот прибор улавливает заряженные частицы солнечного ветра. С его помощью, в частности, удалось установить, что крайне разреженная атмосфера Марса останавливает низкоэнергичные частицы, но высокоэнергичные ионы гелия и протоны прошивают её насквозь.
Последние неминуемо повредили бы ДНК всякого оказавшегося здесь живого существа. Защититься от этих смертоносных «снарядов» можно лишь зарывшись на несколько метров под поверхность планеты.
Высокоэнергичное солнечное излучение губительно не только для жизни, но и для тех следов, которые она оставляет после себя. Оно провоцирует в горных породах реакции, безвозвратно уничтожающие органические молекулы, которые могли быть оставлены живыми существами. Впрочем, конечным продуктом таких реакций являются органические соли, которые также считаются свидетельством наличия жизни в далёком прошлом того или иного космического тела.
Для изучения частиц солнечной материи учёным потребовалось проявить невероятную изобретательность. Но впереди их ждут ещё более замечательные свершения. В 2018 году НАСА запустило зонд «Паркер», который пройдёт сквозь солнечную корону и проанализирует вещество нашей звезды прямо внутри его источника. Эта станция прибудет к месту назначения в 2024 году.
Источник
Солнце – история изучения
Наше Солнце – это наше все! Это свет, это тепло, это те силы, что удерживают нашу планету на постоянной орбите, не позволяя Земле улететь в неизведанные миры.
Легенды о Светиле
В древности люди полагали, что Солнце и Луна живут всего один день, а на следующий загораются новые солнце и луна. Времена менялись – менялись и легенды, слагаемые про наше дневное светило.
То его представляли прозрачным шаром — словно из стекла, а огонь в нем зажигался от некоего центрального огня «хестиа» и огня, находящегося за пределами сферы небесной. То думали, что солнце это — «око мира», состоящее из чистого света и огня.
Даже великий Гершель предполагал, что светило населено живыми существами. Океан огня, что окружает Солнце, находился (по его представлениям) далеко от поверхности светила. Жителей же защищал от жара слой очень плотных облаков.
Противникам его теории, говорящих о том, что такой жар не может выдержать ни одно живое существо, он приводил в пример высокогорные вершины на Земле. Ведь высоко в горах, в местности наиболее приближенной к Солнцу, температура понижается.
Все эти наивные, с точки зрения современного человека, учения продержались почти до конца позапрошлого века – пока не появилось учение об энергии.
Солнечные пятна
И только с появлением спектрального анализа были кардинально пересмотрены представления о центральном Светиле.
Густав Кирхгоф (немецкий физик) первый провел анализ линий солнечного спектра и предположил, что в атмосфере Светила присутствуют химические элементы аналогичные земным. Также он сделал предположение о солнечных пятнах — это явление он объяснил низкой температурой последних.
С солнечными пятнами связано имя исследователя-любителя – аптекаря Дессау Швабе. Хотя целью его наблюдений было обнаружение планеты перед Меркурием — ему принадлежит открытие периодического изменения количества пятен, видимых на Светиле (1851 г.). Швабе обнаружил, что период максимального количество пятен, равно как и их отсутствие повторяются через 10 лет.
Определение периода вращения
Вариации магнитного поля нашей планеты, активность полярных сияний, как оказалось, также имеют периодичность десять лет.
На основании этого была установлена взаимосвязь процессов происходящих на Солнце и на Земле.
Одновременно с этим определен период вращения (и все это благодаря наблюдению за пятнами на диске). В дальнейшем, уже с помощью фотографии, удалось установить строение нашего Солнца.
Источник