Еще задолго до наступления нашего научно-технического века люди наблюдали Солнце. Они знали его животворную силу, почитали и поклонялись ему как богу. Кроме того, люди использовали дневное светило для исчисления времени. Культовые сооружения в древние времена строились большей частью так, чтобы по ним можно было определить точки восхода и захода Солнца в начале весны или лета.

Греки в старину полагали, что бог солнца Гелиос каждый день проезжает по небу на солнечной колеснице, запряженной огненными конями. Американские племена майя, инков и ацтеков, жившие вдали от Европы и Азии, также почитали солнечных богов и даже приносили им в жертву людей. В Древнем Египте бог солнца Ра занимал особое положение. А фараон Эхнатон со своей супругой Нефертити даже считали солнечный диск самим богом. Недалеко от Египта, на острове Родос, около 300 г. До н.э. было воздвигнуто тридцатиметровое каменное изваяние бога Солнца. Эта статуя возвышалась у входа в гавань. Она носила имя Колосса Родосского и являлась одним из семи чудес света. В Римской империи богом Солнца и войны одновременно был Митрас. Культ Митраса возник в Персии, развился в Римской империи и затем распространился на север, вплоть до Германии.

В астрологии Солнце всегда считалось знаком силы, красоты и жизненной энергии. "Солнце наряду с Луной является основным источником жизни, воплощением мужского начала, - говорится в "Астрологии" Й.В. Пфаффа (1816). - Оно олицетворяет королевскую власть, высокие звания и почести, славу, победу, жадность к золоту, закон, конституцию, отцов, сыновей, братьев", - все то, что в человеческом начале так или иначе связано с мужским началом. Характерно, что римский культ Митраса, упоминавшийся выше, совершенно исключал участие женщин. Кстати, только в языках северных стран Солнце - женского рода, а Луна - мужского, в большинстве языков все как раз наоборот.

В далекие от нас времена солнечные затмения вызывали у людей суеверный ужас. Не зная причин затмений, невежественные люди дорисовывали наблюдаемую картину своим воображением. Одни полагали, что солнечные затмения представляют собой особые знамения, другие видели в этом явлении нападение на Солнце огромного чудовища-дракона, пытающегося сожрать небесное светило. Малодушные в панике разбегались, стремясь укрыться от солнечного затмения и гнева богов, а более храбрые, стремясь спасти Солнце от дракона, быстро вооружались подручными средствами-бубнами, барабанами, кастрюлями, сковородками, луками со стрелами, копьями и камнями, словом, всем тем, что сразу попадалось под руку, и, подняв невообразимый шум, метали стрелы, копья и камни в чудовище. И к радости своей скоро обнаруживали, как из-за черной круглой заслонки на небе снова появляется узкий солнечный ceрп, исчезают звезды и лучистое сияние, быстро светлеет и наконец Солнце снова принимает свой обычный вид. С радостью люди расходились по своим делам, довольные тем, что спасли Солнце от несчастья. И если через много лет опять повторялось солнечное затмение, то, имея уже опыт в "спасении" Солнца, снова прибегали к тем же действиям.

В древних крупных централизованных государствах, при их правителях, были придворные жрецы-астрологи, которые были обязаны вести наблюдения за небом и по расположению светил предсказывать наступление небесных, явлений, благоприятствующих или препятствующих жизни государства и действиям правителей. С астрологами обязательно советовались перед принятием важных государственных решений, и горе было тому астрологу, который неверно предсказывал исход предполагаемых действий. Вполне понятно, что хорошо изученные периодические явления астрологи предсказывали правильно и заслуживали похвалы своих повелителей, но остальные их предсказания и советы были всегда туманны и неопределенны.

солнце земля излучение пятно

В старинной классической китайской книге "Шуцзин" ("Книга истории") рассказывается о том, что согласно древним летописям "В первый день последнего месяца осени Солнце и Луна неожиданно встретились в Тереме". Терем-это древнекитайское созвездие, включавшее в себя некоторые звезды теперешнего созвездия Скорпиона и некоторые слабые звезды созвездий Змееносца и Весов. Неожиданная же встреча Солнца с Луной означала солнечное затмение, не предсказанное астрономами. Государственные же астрономы Хи и Хо не сумели предсказать этого затмения и не выполнили полагавшихся в подобных случаях действий. Среди сановников и населения от неожиданности поднялась паника, приведшая к беспорядкам, за что оба астронома, обвиненные в пьянстве и пренебрежении служебными обязанностями, были казнены. Но именно это солнечное затмение в Древнем Китае в царствование Чунг-Канга было первым солнечным затмением, упоминавшимся в древних китайских летописях.

Со временем, к началу VI в. до н.э., древние астрономы сумели установить причину солнечных затмений. Они обратили внимание на покрытия звезд Луной при ее движении по небу и на исчезновение Луны во время солнечных затмений, а отсюда пришли к выводу, что Луна встречается с Солнцем и заслоняет его. Геродот описывает знаменитый Саламинский морской бой между греческим и персидским флотом, который произошел в Сароническом заливе у южного побережья Греции. Бой этот знаменит тем, что персидский флот из 800 судов потерпел полное поражение от греческого флота, состоявшего из 350 кораблей. В этот день на южном побережье Греции произошло полное затмение Солнца и по нему была вычислена дата боя - 2 октября 480 г. до н.э. При виде солнечных затмений ужас охватывал только несведущих и суеверных людей, которых в древние времена, естественно, было подавляющее большинство. Но знающие причину затмений не испытывали перед ними никакого страха и использовали свои знания в определенных целях. В начале Пелопонесской войны между древнегреческими городами-государствами Афинами и Спартой солнечное затмение чуть было не привело к срыву военно-морской экспедиции афинян, которой командовал Перикл (около 490-429 г. до н.э.) - выдающийся стратег афинского государства в период его расцвета. Перикл был учеником известного философа Анаксагора (около 500-428 г. до н.э.) и поэтому хорошо знал причину солнечных затмений, Когда афинский флот был готов к отплытию, началось затмение Солнца. Наступившая темнота повергла моряков и солдат в ужас и была воспринята ими, как дурное предзнаменование. Видя, что лоцман корабля пришел в сильное смятение и совершенно не в состоянии вести корабль, Перикл взял свой плащ, закрыл им лоцману глаза и спросил его, видит ли он в этом плаще что-либо ужасное или какое-то плохое предзнаменование. Получив от лоцмана отрицательный ответ, Перикл сказал ему: "Так в чем же тогда различие между этим плащом и тем телом, которое закрыло Солнце, разве только в том, что оно больше моего плаща!" Действия и слова Перикла успокоили не только лоцмана, но и солдат, наблюдавших эту сцену, после чего флот в правильном строю вышел из гавани. Согласно вычислениям это солнечное затмение не было полным (Солнце было закрыто Луной на 80%) и произошло в Греции 3 августа 431 г. до н.э., что помогло уточнить дату начала и продолжительность Пелопонесской войны (431-404 г. до н.э.).

Можно привести много примеров, когда вычисление обстоятельств и дат солнечных затмений позволило установить или уточнить не только даты исторических событий, но и системы древних летосчислений.

Даже в XX веке, люди порой не понимают явлений, связанных с Солнцем, иногда испытывают даже священный ужас. Например, в 1973 году во время полного солнечного затмения в Африке многие люди покончили жизнь самоубийством: совершенно безобидное явление природы они приняли за конец света. В 1980 году индийские полицейские стреляли из пистолетов и ружей в Луну, которая закрыла Солнце. Уже несколько тысячелетий Солнце играет огромную роль в астрологии - учении о связи между расположением светил и историческими событиями, судьбами людей и народов. Наше Солнце светит уже много миллиардов лет.

История телескопических наблюдений Солнца начинается с наблюдений, выполненных Г. Галлилеем в 1611 году; были открыты солнечные пятна, определён период вращения Солнца вокруг своей оси. В 1843 году немецкий астроном

Г. Швабе обнаружил цикличность солнечной активности. Развитие методов спектрального анализа позволило изучить физические условия на Солнце. В 1814 году Й. Фраунгофер обнаружил тёмные линии поглощения в спектре Солнца - это положило начало изучению химического состава Солнца. С 1836 года регулярно ведутся наблюдения затмений Солнца, что привело к обнаружению короны и хромосферы Солнца, а также солнечных протуберанцев. В 1913 году американский астроном Дж. Хейл наблюдал зеемановское расщепление фраунгоферовых линий спектра солнечных пятен и этим доказал существование на Солнце магнитных полей. К 1942 году шведский астроном Б. Эдлен и другие отождествили несколько линий спектра солнечной короны с линиями высокоионизированных элементов, доказав этим высокую температуру в солнечной короне. В 1931 году Б. Лио изобрёл солнечный коронограф, позволивший наблюдать корону и хромосферу вне затмений. В начале 40-х годов XX века было открыто радиоизлучение Солнца. Существенным толчком для развития физики Солнца во второй половине XX века послужило развитие магнитной гидродинамики и физики плазмы. После начала космической эры изучение ультрафиолетового и рентгеновского излучения Солнца ведётся методами внеатмосферной астрономии с помощью ракет, автоматических орбитальных обсерваторий на спутниках Земли, космических лабораторий с людьми на борту.

Каждому наверняка известно, что нельзя смотреть на Солнце невооружённым глазом, а тем более в телескоп без специальных, очень тёмных светофильтров или других устройств, ослабляющих свет. Пренебрегая этим запретом, наблюдатель рискует получить сильнейший ожог глаз. Самый простой способ рассматривать Солнце - это спроецировать его изображение на белый экран. При помощи даже маленького любительского телескопа можно получить увеличенное изображение солнечного диска. Что же видно на этом изображении? Прежде всего, обращает на себя внимание резкость солнечного края. Солнце - газовый шар, не имеющий чёткой границы, плотность его убывает постепенно. Почему же в таком случае мы видим его резко очерченным? Дело в том, что практически всё видимое излучение Солнца исходит из очень тонкого слоя, который имеет специальное название - фото-сфера (греч. "сфера света"). Его толщина не превышает 300 км. Именно этот тонкий светящийся слой и создаёт у наблюдателя иллюзию того, что Солнце имеет "поверхность".

3. Движение Солнца на небе

h = 90 - fi + delta,

Сегодня известно, что возникло Солнце вместе с планетами своей системы из большого холодного облака газа и пыли. Сначала образовалось сферическое облако, которое, сжимаясь, вращалось все быстрее. Под действием центробежных сил оно превратилось в диск. Почти все вещество облака сгустилось в центре этого диска в большой шар. Именно так, по-видимому, возникло Солнце. По краям диска сформировались меньшие небесные тела, планеты и луны. Только что родившееся Солнце сначала было холодным, но оно все время сжималось, становясь при этом горячее и горячее, пока температура внутри него не достигла многих миллионов градусов. Вот тогда-то и создались необходимые условия для жизни звезды на протяжении миллиардов лет: молодое Солнце начало вырабатывать в своем горячем ядре ядерную энергию. Так родилась новая звезда. Она окружена планетами. Есть среди них одна особенная. Благодаря Солнцу на ней зародилась жизнь во всем великолепном разнообразии ее форм. Это наша Земля.

Солнце - обычная звезда класса G2, одна из более чем 100 миллиардов звезд нашей Галактики.

Солнце - самый большой объект Солнечной системы, содержащий 99. 8% массы всей Солнечной системы (большая часть остальной массы приходится на Юпитер).

Солнце имеет атмосферу.

Нижний слой солнечной атмосферы называется фотосферой. Температура фотосферы составляет примерно 5800 К. Солнечные пятна - "холодные" области с температурой 3800 К. Они выглядят темными только потому, что их окружают области с гораздо более высокой температурой. Солнечные пятна могут быть очень большими - более чем 50 000 км в диаметре. Они обусловлены сложными и пока не очень хорошо понятыми взаимодействиями Солнечного магнитного поля.

Над фотосферой находится небольшая область, называемая хромосферой.

Cильно разреженная область выше хромосферы, называемая короной, простирается на миллионы километров в космос, и видима только во время затмений. Температура короны более чем 1000000K.

Магнитное поле Солнца очень мощное (по земным стандартам) и очень сложное. Это магнитосфера, или гелиосфера, простирающаяся за орбиту Плутона.

Внутреннее строение Солнца.

Благодаря сочетанию сверхвысоких давлений и температур в центральной области Солнца происходят ядерные реакции, при которых выделяется огромное количество энергии. Среднее количество вырабатываемой при ядерных реакциях энергии в расчете на грамм вещества в секунду составляет 1,92 эрг. Часть этой энергии идет на поддержание в центральной области сверхвысоких температур, необходимых для ядерных реакций, а остальная излучается Солнцем в межпланетное пространство. Мощность общего излучения Солнца 3,831026 Вт, из которых на Землю попадает около 2,1017 Вт, т.е. приблизительно одна двухмиллиардная часть. С 1 см² поверхности Солнца в 1 сек. излучается энергии 6000 Вт. Излучаемый Солнцем поток энергии уносит ежегодно 1,41013 т вещества. И хотя эта величина, по нашим понятиям, огромна, по сравнению с массой светила она ничтожна: потребуется невероятно огромное время, чтобы Солнце израсходовало на излучение энергии все свое вещество и, таким образом, перестало бы существовать. Но до такого состояния Солнце далеко - приблизительно 10 млрд. лет.

А.Б. Северный дает такое интересное сопоставление огромной мощности излучаемой Солнцем энергии с эффектом ее использования: "Ежесекундно теряемой Солнцем лучистой энергии достаточно, чтобы в течение часа растопить и довести до кипения 2,5 биллиона км³ льда, т.е. растопить слой льда вокруг Земли толщиной более 1000 км." Исходящее из центральной области Солнца излучение, по мере движения к внешним сферам, перестраивается из коротковолнового в длинноволновое. Если в центре присутствуют обычные Х-лучи, гамма-излучение и рентгеновское, то в средних слоях солнечного шара преобладают ультрафиолетовые лучи, а в излучающей поверхности Солнца (в фотосфере) они оказываются трансформированными уже в волны светового диапазона излучения. В соответствии с диапазоном длин излучаемых поверхностью Солнца (фотосферой) ее температура принимается равной 5600 К.

Солнце генерирует и отпускает в космическое пространство два основных потока энергии - электромагнитное излучение, или солнечную радиацию, и корпускулярное излучение, или солнечный ветер. Энергетические потоки обладают высокой мощностью в пределах близко расположенных от светила космических тел.

И, наоборот, до далеких от Солнца тел потоки энергии доходят сильно ослабленными, а потому их значение в энергетическом балансе планет становится меньшим. Тем не менее, тепловое поле поверхности всех планет Солнечной системы создается почти исключительно солнечной радиацией, так как приход эндогенной энергии планет к поверхности крайне незначителен и многими природоведами применительно к Земле игнорируется. Вот почему для планет внутренней группы - Меркурия, Венеры и Марса - значение солнечной энергии особенно велико.

Что представляет собой солнечная радиация.

Согласно современной квантовой теории, излучение электромагнитной энергии Солнца, в том числе и света, происходит не непрерывно, а порциями - квантами. Каждый квант несет определенную энергию. Она измеряется обычно электрон-вольтами (эВ). Электрон-вольт - это количество энергии, которое приобретает свободный электрон, ускоренный электрическим полем с разностью потенциалов в 1 вольт (В). Электрон-вольт равен 1, 6. 10 - ¹⁹ Дж. Солнечные кванты могут иметь самую различную энергию - от миллионов электрон-вольт до миллионных долей электрон-вольта. Иначе говоря, кванты электромагнитного излучения могут различаться по энергии в миллиарды раз! Электромагнитное излучение имеет волновой характер. Каждому кванту с определенной энергией свойственна волна излучения определенной длины. Электромагнитное излучение можно характеризовать не только в квантах разной мощности, но и в соответствующих им длинах волн. Они измеряются в разных единицах длины: короткие волны квантов большой энергии - ангстремами (А), что составляет 1/100 млн. часть сантиметра (10^-8 см). Например, кванту с энергией в 1эВ соответствует длина волны ??л = 12400 А. Более длинные волны измеряются последовательно - миллиметрами, сантиметрами, дециметрами, метрами и километрами. Имеются и промежуточные единицы - микрометры (мкм) = 104 А.

Совокупность всех видов квантов, расположенных последовательно с возрастанием их энергии, называется спектром электромагнитного излучения Солнца. Соответственно спектр солнечной радиации можно выразить через волны различной длины. Непрерывный спектр электромагнитного излучения условно разделен по длине волн на диапазоны: гамма-излучение, рентгеновское, ультрафиолетовое; все это ультракоротковолновая радиация, характеризующаяся высокими значениями энергии и не восприятием ее человеческим глазом. Далее следует оптический, или световой, диапазон. За ним опять идут два невидимых диапазона электромагнитных волн - инфракрасные и радиоволны.

Распределение энергии по спектру неравномерное. На всю коротковолновую часть спектра - от длин волн менее одного ангстрема до приблизительно 4000 А, т.е. на гамма - лучи, рентгеновские и ультрафиолетовые лучи, - приходится только 7% энергии солнечной радиации. На оптический диапазон спектра - электромагнитные волны в интервале длин 4000 - 7600 А - приходится 48% энергии. Именно к оптическому диапазону приурочен максимум излучения, соответствующий сине-зеленому интервалу световой гаммы излучения. Остальные 45% энергии солнечной радиации содержатся в основном в инфракрасном излучении - в волнах длиннее 7600 А; из этого количества энергии лишь незначительная часть приходится на радиоизлучение. Волны электромагнитного излучения в зависимости от своей длины и соответственно энергии обладают многими индивидуальными свойствами, что имеет большое значение для формирования природных условий на планетах.

Наибольшей проницаемостью обладают самые длинные волны - радиоволны. Ни одна даже самая плотная атмосфера не является для них непреодолимым препятствием, в то время как волны всех других диапазонов на разных высотных уровнях могут полностью поглощаться атмосферами. Поскольку радиоволны свободно проникают через газовые среды, с их помощью можно изучать поверхность многих небесных тел, куда лучи светового диапазона из-за атмосферы проникнуть не могут. Необыкновенно плотная атмосфера Венеры не позволяет пользоваться оптическими средствами для знакомства с ее поверхностью. Используя радиоволны (применяя радиолокации), ученые изучают рельеф поверхности планеты.

Что представляет собой корпускулярное излучение.

Это поток плазмы - раскаленного ионизированного газа солнечной короны, температура которого оценивается в 1 млн. градусов. Термин "корпускулярное излучение" означает, что унос от Солнца вещества - ионизированного газа - осуществляется не как непрерывный процесс, а происходит некоторыми порциями, или частицами, - корпускулами. Основу плазменного потока составляют ядра водорода, в меньшей степени - гелия, других элементов, а также электроны. Поток энергии в межпланетной среде можно представить себе как распространение газа от места его генерации и концентрации (солнечная корона) к вакууму. При этом сила притяжения Солнца с увеличением расстояния ослабевает. Именно благодаря указанным причинам поток плазмы в процессе движения увеличивает свою скорость от десятков километров в секунду вблизи солнечной короны до 500 км/сек на расстоянии земной орбиты. Энергия потока на этом расстоянии определена в 4104 эрг/см² сек.

Ионизированный газ корпускулярного излучения, непрерывно испускаемый солнечной короной, постепенно ослабевая в своей мощности по мере движения к периферии Солнечной системы, заполняет все межпланетное пространство. Более того, в сильно ослабленном расстоянием потоке он проникает и в межзвездное пространство. Одной из характерных особенностей солнечного ветра является присущее ему магнитное поле. Те планеты, которые не имеют своего магнитного поля (Луна, Венера), позволяют солнечному ветру беспрепятственно проникать через атмосферу (где она имеется) до их поверхности и на атомарном уровне взаимодействовать с ее веществом. Иначе происходит, если у планеты есть сильное магнитное поле. Ярким примером сказанного может служить Земля, где процесс взаимодействия магнитных полей хорошо изучен. Сильное магнитное поле планеты препятствует проникновению потока плазмы к ее поверхности.

7. Солнечная активность

В излучении Солнца довольно много ультрафиолетовых лучей, значительно больше, чем это наблюдается с Земли, поскольку их поглощает земная атмосфера. Запуски беспилотных шаров-зондов, поднимавших на высоту 30 и более километров измерительные приборы и радиопередатчики, показали, что выше 25 - 28 километров температура воздуха растет, достигая максимума на уровне 30 - 35 километров. Еще выше температура снова падает, а интенсивность уф-лучей увеличивается. Ученые сделали вывод, что на высоте 30 - 35 километров происходит интенсивное поглощение солнечного ультрафиолетового излучения с образованием озона. Озон очень сильно поглощает лучи с длинами волн короче

0,3 мкм, спасая нас от их опасного воздействия на кожу и органы зрения. Вот почему тревогу вызывает существование озоновых дыр - через эти разрывы в озоновом слое солнечные уф-лучи достигают земной поверхности. Одной из причин разрушения озонового "щита" служат выбросы в атмосферу фторуглеродных соединений, широко используемых в холодильниках.

Но не только на образование озона расходуется энергия солнечных уф-лучей.

Радиоволны, как и все электромагнитные волны, должны распространяться прямолинейно. Значит, поскольку Земля - шар, радиосвязь между Европой и Америкой невозможна? Итальянский радиотехник Гульельмо Маркони осуществил в 1901 году прямую радиосвязь между Англией и США, раз и навсегда доказав, что радио волны могут огибать земной шар. Для этого им надо отразиться от какого-то "зеркала", висящего над земной поверхностью на высоте 150 - 300 километров. Таким "зеркалом" служит ионизованные слои атмосферы, а источником ионизации - ультрафиолетовое излучение Солнца. Таким образом, уф-лучи властно вторгаются в земные дела. Интенсивность уф-излучения Солнца была измерена, когда создание баллистических ракет позволило исследователям вынести аппаратуру за пределы земной атмосферы, на высоту более 100 километров. И первые же запуски увенчались успехом. С развитием спутниковой астрономии исследование ультрафиолетового излучения Солнца стало ее обязательным компонентом. Это необходимо потому, что уф-излучение контролирует состояние ионизованных слоев атмосферы, а следовательно, и условия радиосвязи на Земле, особенно в полярных районах. Эта не слишком приятная зависимость от капризов Солнца стало ослабевать лишь в последние десятилетия, с развитием спутниковой связи.

Излучение в видимом диапазоне поглощается слабо. Однако оно рассеивается атмосферой даже в отсутствие облаков, и часть его возвращается в межпланетное пространство. Облака, состоящие из капелек воды и твёрдых частиц, значительно усиливают отражение солнечного излучения. В результате до поверхности планеты доходит в среднем около половины падающего на границу земной атмосферы света.

Количество солнечной энергии, приходящейся на поверхность площадью 1 м^2, развёрнутую перпендикулярно солнечным лучам на границе земной атмосферы, называется солнечной постоянной. Измерять её с Земли очень трудно, и потому значения, найденные до начала космических исследований, были весьма приблизительными. Небольшие колебания (если они реально существовали) заведомо "тонули" в неточности измерений. Лишь выполнение специальной космической программы по определению солнечной постоянной позволило найти её надёжное значение. По последним данным, оно составляет 1370 Вт/м² с точностью до 0,5%.

На Земле излучение поглощается сушей и океаном. Нагретая земная поверхность в свою очередь излучает в длинноволновой инфракрасной области. Для такого излучения азот и кислород атмосферы прозрачны. Зато оно жадно поглощается водяным паром и углекислым газом. Благодаря этим малым составляющим воздушная оболочка удерживает тепло. В этом и заключается парниковый эффект атмосферы. Между приходом солнечной энергии на Землю и её потерями на планете в общем существует равновесие: сколько поступает, столько и расходуется. В противном случае температура земной поверхности вместе с атмосферой либо постоянно повышалась бы, либо падала.

Только очень малая часть заряженных частиц из межпланетного пространства попадает в атмосферу Земли (остальные отклоняет или задерживает геомагнитное поле). Но их энергии достаточно для того, чтобы вызвать полярные сияния и возмущения магнитного поля нашей планеты. Это свечение в верхних слоях атмосферы, имеющее либо размытые (диффузные) формы, либо вид корон или занавесей (драпри), состоящих из многочисленных отдельных лучей. Сияния обычно бывают красного или зелёного цвета: именно так светятся основные составляющие атмосферы - кислород и азот - при облучении их энергичными частицами. Зрелище бесшумно возникающих красных и зелёных полос и лучей, беззвучная игра цветов, медленное или почти мгновенное угасание колеблющихся "занавесей" оставляют незабываемое впечатление. Подобные явления лучше всего видны вдоль овала полярных сияний, расположенного между 10° и 20° широты от магнитных полюсов. В период максимумов солнечной активности в Северном полушарии овал смещается к югу, и сияния можно наблюдать в более низких широтах.