Если бы охлаждение газов в пятнах вызывалось их расширением, то в этом случае постоянство температуры пятен имело бы причиной конвекцию. Однако детальные исследования солнечных пятен показали, что по своим оптическим свойствам они во всем сходны с остальной фотосферой. Иначе говоря, газы солнечных пятен находятся не в конвективном, а в лучистом равновесии. Значит, постоянство температуры пятен вызвано не расширением заключенных в них газов.
Газовый «вихрь» вокруг солнечных пятен.
С другой стороны, еще в 1909 году астроном Эвершед обнаружил, что движение газов в солнечных пятнах весьма своеобразно: в нижних слоях газы вытекают из пятна, а в верхних слоях, наоборот, втекают в пятно. Скорость этих движений близка к нескольким километрам в секунду.
Таковы факты, с которыми должна считаться любая теория солнечных пятен.
Сторонники вихрей иногда ссылаются на то, что в окрестностях солнечных пятен газы располагаются по спиралеобразным кривым, напоминающим как бы застывший вихрь (см. рисунок). Заметим, что подобные снимки пятен сделаны с помощью спектрогелиографа — инструмента, позволяющего снимать Солнце в определенных лучах. Поэтому застывшие вихри образуют только те газы (например, водород), которые излучают именно эти лучи.
Еще в 1908 году обнаружилось, что солнечные пятна обладают магнитными свойствами, или, как говорят, магнитным полем. Казалось, что этот факт подтверждает теорию вихрей. Ведь при той высокой температуре, которая господствует в фотосфере, атомы газов лишаются части своих электронов. Увлекаемые газовым вихрем, электроны движутся кругообразно, а при этом, как известно, должно возникнуть магнитное поле.
Такое объяснение, однако, не выдерживает критики. Допустим, что в газовом вихре, порождающем пятно, образовались свободные, покинувшие атомы электроны. Но ведь в той же массе газа должны остаться и лишенные электронов атомы, электрический заряд которых в точности скомпенсирует заряд свободных электронов. Ясно, что газовое облако в целом останется электрически нейтральным и образовать магнитное поле не сможет.
Что же касается вихреобразного расположения некоторых газовых волокон вокруг солнечных пятен, то эта картина вызвана действием магнитных сил. Газы располагаются подобно железным опилкам в магнитном поле, и вихреобразного движения здесь не наблюдается.
Добавим к этому, что и всякие другие гипотезы, объясняющие магнитное поле пятен движущимся избытком электрических зарядов, несостоятельны. Оказывается, солнечные газы пропускают электрический ток не хуже металлов, и если бы даже возник где-нибудь в фотосфере какой-нибудь избыточный электрический заряд, то отличная проводимость фотосферы заставила бы его быстро рассосаться. Почему солнечные пятна обладают свойствами магнитов, пока неизвестно.
Если дело ограничивалось бы только перечисленными фактами, это еще было бы неплохо. Но пятна (и не только они!), как бы издеваясь над астрономами, задают такие загадки, что неясно даже, с какой стороны подойти к их решению.
Вот, например, одна из главных загадок Солнца — необъясненный пока удивительный ритм его жизни. Он выражается в том, что ряд явлений на Солнце изменяется с периодичностью около одиннадцати лет. К числу таких явлений относятся солнечные пятна.
Через каждые одиннадцать лет число пятен на Солнце достигает максимума, ближайший из которых приходился на 1958 год. В такие годы пятна на Солнце наблюдаются ежедневно. Они покрывают значительную долю солнечного диска и достигают иногда исключительных размеров. Затем в течение последующих пяти с половиной лет пятнообразовательная деятельность Солнца начинает спадать. В годы минимума нередки дни, когда на Солнце вовсе не видно пятен. Пройдет еще пять с половиной лет, и число пятен станет наибольшим.
Любопытно, что в начале каждого нового цикла (после очередного минимума) пятна появляются главным образом в околополярных и умеренных областях, затем с каждым годом они постепенно начинают как бы сползать к экватору. В конце цикла экваториальный пояс Солнца усеян немногочисленными пятнами, а в это время в его «высокоширотных областях» появляются пятна нового цикла. Перемещение пятен происходит всегда в одном направлении — от полюсов Солнца к его экватору.
Не менее странен другой факт. Представьте себе, что в северном полушарии Солнца наблюдается группа из двух пятен. Оказывается, что если головное из них (по направлению вращения Солнца) имеет магнитное поле северной полярности (N), то следующее за ним пятно будет похоже по магнитным свойствам на южный полюс магнита (S). Иначе говоря, такая пара пятен ведет себя, как концы прямолинейного магнита.
Если в северном полушарии имеются другие подобные пары пятен, то расположение магнитных полюсов у всех них будет одинаковым: головное пятно проявляет себя, как северный магнитный полюс, а последующее пятно имеет противоположную южную полярность.
В это время в другом полушарии Солнца наблюдается противоположная картина: ведущие пятна имеют южную полярность, ведомые — северную. В конце одного цикла солнечной деятельности и при переходе к следующему полярность пятен как по команде резко изменяется на противоположную. Теперь в северном полушарии Солнца ведущие пятна будут иметь южную полярность, а в южном полушарии — наоборот.
Никакого правдоподобного объяснения всем этим фактам не найдено. Природа солнечных пятен остается загадочной. Неясно также, почему Солнце в целом обладает магнитным полем, кстати сказать, гораздо более слабым, чем магнитные поля отдельных пятен.
На поверхности Солнца наряду с пятнами легко наблюдаются так называемые факелы. Они имеют вид светлых, неправильной формы облачков, встречающихся главным образом по соседству с пятнами.
Факелы горячее фотосферы на 100–300 градусов. Они являются как бы мостками, соединяющими верхние слои фотосферы с солнечной атмосферой. По своей изменчивости факелы не уступают пятнам.
Начинаясь в фотосфере, факелы имеют продолжение в атмосфере Солнца в виде так называемых флоккул. В отличие от факелов флоккулы в обычный телескоп не видны. Их можно наблюдать через специальные инструменты, пропускающие только некоторые лучи, испускаемые флоккулами. В зависимости от количества этих лучей флоккулы будут казаться светлыми или темными облаками на фоне фотосферы.
Во флоккулах преобладают водород и кальций. Поэтому при изучении флоккул Солнце наблюдают именно в тех лучах, которые испускают атомы этих химических элементов. На снимках в лучах кальция или водорода флоккулы, в общем, напоминают факелы. Размеры флоккул весьма внушительны — некоторые из них могут достигать в длину сотен тысяч километров.
Из того что флоккулы являются продолжением факелов, вовсе не следует, что природа этих образований тождественна. Ведь ствол дерева и его крона могут быть названы продолжением его корней, хотя сходство между корнями дерева и его надземной частью далеко не полное. Изменчивость флоккул заставляет нас считать их своеобразными облаками в солнечной атмосфере.
Во время полных солнечных затмений для наблюдения доступны сразу два «этажа» солнечной атмосферы. Нижний «этаж», примыкающий к Солнцу, виден как розовато-оранжевая кайма, охватывающая закрытый Луной солнечный диск. Он получил название хромосферы, то есть цветной оболочки. Из хромосферы высовываются розоватые выступы, иногда напоминающие внешние языки пламени. Называются они протуберанцами.
За хромосферой во все стороны от Солнца простирается второй «этаж» солнечной атмосферы — лучистое, отливающее серебром сияние, называемое солнечной короной.
Флоккулы принадлежат хромосфере. Рассматриваемая во время затмения как бы в профиль, хромосфера кажется сплошной массой раскаленных газов. Ее внешняя поверхность, обращенная к короне, неспокойна. На ней постоянно возникают и исчезают волны и маленькие иглообразные выступы — спикулы.
Еще два-три десятка лет назад связь протуберанцев с хромосферой казалась очень простой. Протуберанцы рассматривали как облака раскаленных газов (преимущественно Са, Не, Н), взлетающие из хромосферы на большую высоту. В качестве толчка, выбросившего протуберанец из хромосферы, указывали на давление солнечных лучей, внезапное увеличение которого способно подтолкнуть снизу протуберанец. В обычном же, спокойном состоянии вес протуберанца (то есть его притяжение к Солнцу) уравновешивается давлением солнечных лучей.
За последнее время с помощью специальных фильтров научились фотографировать хромосферу и солнечные протуберанцы на кинопленку. Пропустив затем этот фильм через обычный киноаппарат, можно увидеть, как движутся протуберанцы.
