солнечной активности.
Рис. 2.1.12. Петлеобразный протуберанец на краю солнечного диска
Солнечная активность связана, прежде всего, с состоянием магнитного поля Солнца. Периодическое изменение магнитного поля на поверхности Солнца сопровождается периодическим изменением различных процессов: изменяется число и площадь солнечных пятен, число протуберанцев и их активность, мощность и число хромосферных вспышек и др. Все эти процессы и характеризуют солнечную активность. Хотя состояние активности Солнца не влияет на поток солнечной радиации, в частности, на количество тепла, которое получает Земля от Солнца, оно оказывает заметное влияние на различные процессы на земном шаре. Вспышки на Солнце вызывают полярные сияния и магнитные бури, они приводят к изменениям в ионосфере, что сказывается на распространении радиоволн, и к другим изменениям в земной атмосфере. Обнаружено влияние солнечной активности на живые организмы: рост деревьев, миграцию некоторых видов животных и насекомых, состояние здоровья людей. Имеются данные о воздействии на более топкие процессы, в частности, в социальной сфере. 11-летний цикл солнечной активности, на самом деле, представляет только половину цикла — полный цикл, включающий также изменение полярности магнитного поля, охватывает период в 22 года. Помимо 11-летнего цикла, по-видимому, существуют и более длительные циклы, но они менее изучены. Так, интенсивность 11-летнего цикла меняется с периодом около 90 лет, имеются указания на существование 600-летнего цикла.
Рис. 2.1.13. Солнечная корона
В 1974 г. советские ученые А. Б. Северный, В. А. Котов, Т. Т. Цап обнаружили, что поверхность Солнца пульсирует с периодом 2 часа 40 мин. Амплитуда пульсаций очень мала, она составляет около 20 км или примерно 10-5 диаметра Солнца. Интересно, что суточное вращение Земли достаточно хорошо синхронизировано с периодом солнечных пульсаций (1 сутки = 24 часа = 9 × 2 ч 40 мин). Имеются указания на то, что ритмы биосферы также синхронизированы с периодом солнечных пульсаций. Таким образом, мы не только живем «в атмосфере Солнца», но и, возможно, испытываем на себе влияние ритма его «дыхания».
До сих пор речь шла преимущественно о физических процессах в Солнечной системе. Если иметь в виду ее механику, то здесь определяющую роль играет сила гравитационного притяжения Солнца. Она является доминирующей вплоть до расстояний 2 • 105 а. е. На больших расстояниях начинает сказываться притяжение соседних звезд. Это расстояние (совпадающее с внешним краем облака Оорта) можно принять в качестве границы Солнечной системы. Двигаясь мысленно за ее пределы, мы должны сделать следующий шаг — к звездам.
2.1.2. Мир звезд.
Ближайшая к Солнцу звезда Проксима Центавра расположена на расстоянии от него 270 000 а. е. Расстояние до удаленных звезд в десятки тысяч раз больше. Астрономическая единица оказывается мало удобной для измерения расстояний между звездами. Для этой цели используются более крупные единицы — парсек и световой год. 1 парсек равен расстоянию, на котором радиус земной орбиты виден под углом в 1", а световой год — это расстояние, которое свет, распространяясь со скоростью 300 000 км/с, проходит за 1 год:
1 пк = 3,26 св. год = 206265 а. е. = 3,086 • 1016 м.
Невооруженным глазом на небе можно видеть несколько тысяч звезд. Современные телескопы позволяют различить сотни миллионов отдельных звезд, а всего в нашей Галактике содержится порядка 1011 звезд. Следует иметь в виду, что наша Галактика — не единственная во Вселенной. В наблюдаемой области Вселенной — Метагалактике содержатся десятки миллиардов других звездных систем — галактик, так что общее число звезд в наблюдаемой Вселенной порядка 1021—1022. Звезды подобны Солнцу. Если бы мы могли удалиться от Солнца на расстояние 10 пк (что совсем немного по масштабам Галактики), мы увидели бы его в виде слабой звезды 5-й звездной величины[99]. Это легко понять, ибо Солнце — рядовая звезда, которая кажется нам столь ослепительно яркой только потому, что она расположена от нас несравненно ближе всех остальных звезд. Солнце — это наша звезда. А другие звезды — это солнца, многие из которых имеют свои планетные системы.
Характерная особенность звезд состоит в том, что это самосветящисся тела, они излучают за счет внутренних источников энергии (в отличие, например от планет, которые светят отраженным светом). Источником звездной энергии являются ядерные реакции, протекающие в их недрах. Строение звезд в общих чертах напоминает строение Солнца. По составу звезды также подобны Солнцу: приблизительно 70% составляет водород, около 27% — гелий, а на долю остальных химических элементов приходится приблизительно 2% массы. В пределах этих 2% наблюдаются иногда резкие аномалии химического состава, о которых упоминалось в § 1.12. Все химические элементы тяжелее гелия образуются за счет ядерных реакций, которые протекают в звездах[100].
Во внутренних слоях звезд при температуре в миллионы градусов развивается гигантское давление газа (плазмы). Это давление могло бы разорвать звезду, если бы оно не уравновешивалось силой гравитационного притяжения частиц звездного вещества. Равновесие этих противоборствующих сил обеспечивает устойчивое состояние звезды. Если количество энергии, которое выделяется в недрах звезды, уменьшается, то давление внутри звезды падает, сила притяжения превосходит силу давления, и звезда начинает сжиматься; при этом температура и давление внутри ее нарастают, пока вновь не наступит равновесие (уже при меньших размерах). Напротив, если количество энергии, выделяемое в недрах звезды, увеличивается, то давление газа возрастает, и звезда начнет расширяться до тех пор, пока уменьшающееся при расширении давление не уравновесится силой притяжения. Таким образом, в зависимости от величины выделяемой энергии и в зависимости от массы звезды равновесие достигается при различных значениях ее радиуса (т. е. при различных размерах звезды).
Массы большинства звезд заключены в пределах от 0,1 до 10 масс Солнца; встречаются (очень редко) звезды в 50 раз массивнее Солнца. Величина 0,1 массы Солнца близка к предельной, при которой, вообще, возможно существование звезды как самосветящегося тела, излучающего за счет ядерной энергии. Это связано с процессом формирования звезд из межзвездного вещества (см. ниже).
Масса звезды М, ее светимость L (т. е. мощность излучения — количество энергии, излучаемой звездой в единицу времени), радиус R и температура поверхност и Т связаны между собой определенными соотношениями. Светимость звезды определяется количеством энергии, ежесекундно вырабатываемой в ее недрах. Чем больше масса звезды, тем выше давление, а следовательно, и температура в центральных областях ее, где идут термоядерные реакции. Скорость реакций очень сильно зависит от температуры. Поэтому в массивных звездах, где температура выше,
