Под действием гравитации С., как и любая звезда, стремится сжаться. Этому сжатию противодействует перепад давления, возникающий из-за высокой темп-ры и плотности внутр. слоев С. В центре С. темп-ра Т ≈ 1,6 . 10 7 К, плотность ≈ 160 гћсм -3 . Столь высокая температура в центральных областях С. может поддерживаться длительно только синтеза гелия из водорода. Эти реакции и явл. осн. источником энергии С.

При темп-рах ~10 4 К (хромосфера) и ~10 6 (корона), а также в переходном слое с промежуточными темп-рами появляются ионы различных элементов. Соответствующие этим ионам эмиссионные линии довольно многочисленны в коротковолновой области спектра (λ < 1800 . Спектр в этой области состоит из отдельных эмиссионных линий, самые яркие из к-рых - линия водорода L a (1216 ) и линия нейтрального (584 ) и ионизованного (304 ) гелия. Излучение в этих линиях выходит из области эмиссии практически не поглощаясь. Излучение в радио- и рентг. областях сильно зависит от степени солнечной активности, увеличиваясь или уменьшаясь в несколько раз в течение 11-летнего и заметно возрастая при вспышках на Солнце.

Физ. характеристики различных слоев приведены на рис. 5 (условно выделена нижняя хромосфера толщиной ≈ 1500 км, где газ более однороден). Нагрев верхней атмосферы С.- хромосферы и короны - может быть обусловлен механич. энергией, переносимой волнами, возникающими в верхней части конвективной зоны, а также диссипацией (поглощением) энергии электрич. токов, генерируемых магн. полями, движущимися вместе с конвективными потоками.

Существование на С. поверхностной конвективной зоны обусловливает ещё ряд явлений. Ячейки самого верхнего яруса конвективной зоны наблюдаются на поверхности С. в виде гранул (см. ). Более глубокие крупномасштабные движения во втором ярусе зоны проявляются в виде ячеек сверхгрануляции и хромосферной сетки. Имеются основания считать, что конвекция в ещё более глубоком слое наблюдается в виде гигантских структур - ячеек с большими, чем сверхгрануляция, размерами.

Большие локальные магн. поля в зоне ± 30 o от экватора приводят к развитию т. н. активных областей с входящими в них пятнами. Число активных областей, их положение на диске и полярности пятен в группах изменяются с периодом ≈ 11,2 года. В период необычайно высокого максимума 1957-58 гг. активность затрагивала практически весь солнечный диск. Кроме сильных локальных полей на С. имеется более слабое крупномасштабное магн. поле. Это поле меняет знак с периодом ок. 22 лет и близ полюсов обращается в нуль в максимуме солнечной активности.

При большой вспышке выделяется громадная энергия, ~10 31 -10 32 эрг (мощность ~10 29 эрг/с). Она черпается из энергии магн. поля активной области. Согласно представлениям, к-рые успешно развиваются с 1960-х гг. в СССР, при взаимодействии магнитных потоков возникают токовые слои. Развитие в токовом слое может приводить к ускорению частиц, причём существуют триггерные (стартовые) механизмы, приводящие к внезапному развитию процесса.

Рис. 13. Виды воздействия солнечной вспышки на Землю (по Д. X. Мензелу).

Рентг. излучение и солнечные космические лучи, приходящие от вспышки (рис. 13), вызывают дополнительную ионизацию земной ионосферы, что сказывается на условиях распространения радиоволн. Поток выброшенных при вспышке частиц примерно через сутки достигает орбиты Земли и вызывает на Земле магнитную бурю и полярные сияния (см. , ).

Помимо корпускулярных потоков, порождённых вспышками, существует непрерывное корпускулярное излучение С. Оно связано с истечением разреженной плазмы из внеш. областей солнечной короны в межпланетное пространство - солнечным ветром. Потери вещества за счёт солнечного ветра невелики,≈ 3 . 10 -14 в год, но он представляет собой осн. компонент межпланетной среды.

Солнечный ветер выносит в межпланетное пространство крупномасштабное магн. поле С. Вращение С. закручивает линии межпланетного магн. поля (ММП) в спираль Архимеда, что отчётливо наблюдается в плоскости эклиптики. Поскольку осн. особенностью крупномасштабного магн. поля С. явл. две околополюсные области противоположной полярности и прилегающие к ним поля, при спокойном С. северная полусфера межпланетного пространства оказывается заполненной полем одного знака, южная - другого (рис. 14). Близ максимума активности из-за смены знака крупномасштабного поля С. происходит переполюсовка этого регулярного магн. поля межпланетного пространства. Магн. потоки обоих полушарий разделены токовым слоем. При вращении С. Земля находится неск. дней то выше, то ниже изогнутой "гофрированной" поверхности токового слоя, т. е. попадает в ММП, направленное то к С., то от него. Это явление наз. межпланетного магнитного поля.

Близ максимума активности наиболее эффективно воздействуют на атмосферу и магнитосферу Земли потоки частиц, ускоренных при вспышках. На фазе спада активности, к концу 11-летнего цикла активности, при уменьшении числа вспышек и развитии межпланетного токового слоя становятся более существенными стационарные потоки усиленного солнечного ветра. Вращаясь вместе с С., они вызывают повторяющиеся каждые 27 сут геомагн. возмущения. Эта рекуррентная (повторяющаяся) активность особенно высока для концов циклов с чётным номером, когда направление магн. поля солнечного "диполя" антипараллельно земному.

Лит .:
Мартынов Д. Я., Курс общей астрофизики, 3 изд., М., 1978;
Мензел Д. Г., Наше Солнце, пер. с англ., М., 1963; Солнечная и солнечно-земная физика. Иллюстрированный словарь терминов, пер. с англ., М., 1980;
Шкловский И. С., Физика солнечной короны, 2 изд., М., 1962;
Северный А. Б., Магнитные поля Солнца и звезд, "УФН", 1966, т. 88, в. 1, с. 3-50; - Солнечная корона - грануляция

Мы ознакомились с вращением Солнца и с солнечно-земным взаимо-центрическим движением.
Теперь обратим свой взор на Луну!

Каким образом вращается Луна, как движется вокруг планеты Земля и в системе взаимо-центризма Солнце - Земля?
Еще со школьного курса астрономии нам известно, что Луна вращается вокруг Земли в том же направлении, что и Земля вокруг своей оси. Время полного оборота (период вращения) Луны вокруг Земли относительно звезд называется сидерическим или звездным месяцем (лат. сидус - звезда). Он составляет 27,32 суток.
Синодическим месяцем, или лунацией (греч. синодос - соединение) называют промежуток времени между двумя последовательными одинаковыми фазами Луны или период времени между последовательными новолуниями - в среднем составляет 29,53 дней (709 часов). Синодический месяц длиннее звездного. Причиной этого является вращение Земли (вместе с Луной) вокруг Солнца. За 27,32 суток Луна совершает полный оборот вокруг Земли, которая за это время проходит дугу примерно 27° по орбите. Более двух суток нужно для того, чтобы Луна снова заняла соответствующее место относительно Солнца и Земли, т.е. чтобы снова наступила данная фаза (новолуние).
Лунный путь (траектория Луны на небесной сфере), как и солнечная эклиптика проходит через 12 зодиакальных созвездий. Причиной этого является действительное вращения Луны вокруг Земли в плоскости, почти совпадающей с плоскостью орбиты нашей планеты. Угол между плоскостями эклиптики и месячного лунного пути составляет всего 5°9".
Луна вращается вокруг своей оси , но она всегда обращена к Земле одной и той же стороной, то есть обращение Луны вокруг Земли и вращение вокруг собственной оси синхронизировано.

Как практически подтвердить официальные утверждения?

С этой целью обратимся к такому явлению, как затмение Солнца, в котором именно Луна играет ключевую роль.
Со́лнечное затме́ние — астрономическое явление, которое заключается в том, что Луна закрывает (затмевает) полностью или частично Солнце от наблюдателя на Земле. Солнечное затмение возможно только в новолуние, когда сторона Луны, обращённая к Земле, не освещена, и сама Луна не видна. Затмения возможны, только если новолуние происходит вблизи одного из двух лунных узлов (точки пересечения видимых орбит Луны и Солнца), не далее чем примерно в 12 градусах от одного из них.
Тень Луны на земной поверхности не превышает в диаметре 270 км, поэтому солнечное затмение наблюдается только в узкой полосе на пути тени. Поскольку Луна обращается по эллиптической орбите, расстояние между Землёй и Луной в момент затмения может быть различным, соответственно, диаметр пятна лунной тени на поверхности Земли может варьироваться в широких пределах от максимального до нуля (когда вершина конуса лунной тени не достигает поверхности Земли). Если наблюдатель находится в полосе тени, он видит полное солнечное затмение, при котором Луна полностью скрывает Солнце, небо темнеет, и на нём могут появиться планеты и яркие звёзды. Вокруг скрытого Луной солнечного диска можно наблюдать солнечную корону , которая при обычном ярком свете Солнца не видна. Поскольку температура короны гораздо выше чем у фотосферы, она имеет блёкло-голубоватый цвет, неожиданный для тех, кто видит ее первый раз, и сильно отличается от ожидаемого цвета Солнца. При наблюдении затмения неподвижным наземным наблюдателем полная фаза длится не более нескольких минут. Минимальная скорость движения лунной тени по земной поверхности составляет чуть более 1 км/с . Во время полного солнечного затмения космонавты, находящиеся на орбите, могут наблюдать на поверхности Земли бегущую тень от Луны.

Посмотрим на видео, как Википедия представляет прохождение Луны через диск солнца на большом расстоянии от Земли.

https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/transcoded/2/29/Moon_transit_of_sun_large.ogv/Moon_transit_of_sun_large.ogv.480p.vp9.webm
Видео 1.

Поэтапно выглядит так:

Рис 1. Прохождение Луны через диск солнца на большом расстоянии от Земли 25.02.2007 г .
Луна по солнечному диску на видео проходит слева направо . Наверняка это съемки телескопом со спутника.

Как проходит тень Луны по Земле во время затмения?

Рассмотрим недавнее реальное полное солнечное затмение!
Полное солнечное затмение 21 августа 2017 года .
Полное солнечное затмение двадцать первого августа 2017 года - это 22-е затмение сто сорок пятого Сароса.
Область наилучшей его видимости попадает в средние и субтропические широты северного полушария.

Видео 2. Анимация СЗ 21.08.2017 г.
На данной анимации видно, что тень Луны смещается по западному полушарию Земли, Северной Америке слева направо или с запада на восток .

Максимума затмение достигает в точке с координатами 37° северной широты, 87.7° западной долготы , длится в максимуме 2 минуты 40 секунд , а ширина лунной тени на земной поверхности составляет 115 километров . В момент и в точке наибольшего затмения направление на солнце (азимут) составляет 198°, а высота солнца над горизонтом составляет 64°.
Динамическое мировое время в момент наибольшего затмения: 18:26:40, поправка динамического времени: 70 секунд.
Ось тени проходит между центром Земли и северным полюсом, минимальное расстояние от центра Земли до оси конуса лунной тени составляет 2785 километров. Таким образом, Гамма затмения равна 0.4367, а максимальная фаза достигает 1.0306.

Полное солнечное затмение - солнечное затмение при котором конус лунной тени пересекает земную поверхность (Луна достаточно близко к Земле, чтобы полностью закрыть Солнце). Средняя длина лунной тени составляет 373320 км , а расстояние от Земли до Луны 21 августа 2017 года составляет 362235 км. При этом видимый диаметр Луны в 1.0306 раз больше видимого диаметра солнечного диска. При полном затмении видны солнечная корона, звезды и планеты, находящиеся вблизи Солнца.

Рис 2. Прохождение лунной тени по западному полушарию Земли.

Посмотрите на СЗ в оригинале, глазами наблюдателей в США.

https://youtu.be/lzJD7eT2pUE
Видео 3.

Рис 3. Фазы затмения Солнца.
(сверху), постепенно закрывает Солнце, образовывая его левый серп. Закрывает полностью, затем открывает правый серп Солнца.
Мы видим картину, противоположную указанной на Видео и Рис. 1.

Полное солнечное затмение 2017 года из Айдахо-Фолс, штат Айдахо , 21 августа 2017 года.

Видео 4. СЗ в Айдахо.

Рис. 4,5,6. СЗ в штате Айдахо.
Интересный прорыв солнечных лучей после полного затмения?

Полное солнечное затмение 2017 года от Беатрис, Небраска, 21 августа 2017 года
https://youtu.be/gE3rmKISGu4
Видео 5. СЗ в штате Небраска.
Также на этих видео Луна проходит через Солнце справа сверху, уходит влево вниз, открывая Солнце.

Теперь глянем, как снимают солнечное затмение телескопы, установленные на искусственных спутниках земли.
Солнечное затмение 2017, увиденное Hinode JAXA, 21 августа 2017.

Видео 6.
Спутник солнечного наблюдения «Hinode» запечатлел частичное солнечное затмение 21 августа 2017 года. Изображения были получены с помощью рентгеновского телескопа (XRT) на борту «Hinode» во время его полета над Тихим океаном (у западного побережья США). на высоте 680км.

Со спутника тоже Луна «наезжает» на Солнце справа , только снизу.

Теперь рассмотрим движение лунной тени по земному шарику.

Полное солнечное затмение 2017 года, наблюдаемое DSCOVR EPIC (4K)

Видео 7.

Камера полихроматического изображения Земли (EPIC) НАСА, находящаяся на борту Обсерватории глубокого космоса (DSCOVR) NOAA, запечатлела из космоса Полное солнечное затмение 21 августа 2017 года.
Видим движение какой-то тени по поверхности западного полушария. Она движется с запада на восток, опережая собственное вращение земного шара в том же направлении!
Все же не воспринимается картинка живой планетой; словно «симулятор» воспроизводит какой-то запрограммированный фрагмент движения. Облака вращаются синхронно вместе с Землей. Несколько вопросов возникает: Почему облака при вращении земли остаются такими же? Как быстро и почему в данном направлении движется лунная тень? За какой промежуток времени эта тень пересекла Америку?

Посмотрим на хорошую анимацию этого солнечного затмения.

Видео 8. Полное солнечное затмение 2017.

Рис. 7,8,9. Движение лунной тени по земному шару во время СЗ 21.08.2017 г.

Линия эклиптики - плоскость движения, отчетливо прослеживающаяся в затмении Луны и Солнца. Нас учат, что явление затмения происходит только вдоль описываемой линии .
Нам также хорошо известно, что линия эклиптики не поднимается выше тропика Рака (23,5° над небесным экватором) и не опускается ниже тропика Козерога (-23,5° под небесным экватором).
Солнце бывает в зените (точке небесной сферы, расположенной над головой наблюдателя) только в области земного шара, лежащей между тропиками Рака и Козерога. Тропики - это воображаемые параллельные круги на поверхности земного шара, отстоящие на 23 градуса и 27 минут от экватора к северу и югу. К северу от экватора расположен Северный тропик (он же тропик Рака), к югу - Южный (тропик Козерога). На тропиках раз в году (22 июня на тропике Рака и 22 декабря на тропике Козерога) центр Солнца в полдень проходит через зенит. Между тропиками лежит область, в каждом пункте которой Солнце бывает в зените дважды в год. Севернее тропика Рака и южнее тропика Козерога Солнце никогда не поднимается до точки зенита.

В проекции на земной шар эклиптика проходит между 23,5° северной широты и южной широты, между Тропиками Рака и Козерога.

Рис. 10. Земной шар, указаны экватор и тропики Рака, Козерога.

Возникает вопрос: Почему затмения происходят выше тропика Рака и ниже тропика Козерога, если эклиптика Солнца не проецируется на эти области?

Смотрим внимательно на Рис 6,7,8 - анимацию СЗ, на смещение точки - центра полного затмения Солнца по Северной Америке. Эта точка проходит слева направо, от запада к востоку, от 50-й до 30-й северной параллели. Значит проекция полного затмения- движение точки-тени (полной фазы затмения) проходит выше тропика Рака, выше 23,5° северной широты.
Следовательно, опровергается утверждение, что затмения происходят только вдоль линии солнечной эклиптики!

Согласно титров на анимации:
В штат Орегон на северо-западе тень полного затмения входила в 10.15.50 am , 44°53" N , 125°88" W . (Рис. 7)
Из штата Южной Каролины (Чарльстон) на юго-востоке тень вышла в 02.48.50 pm (14.48.50) , 32°49" N , 79°03" W . (Рис. 9)
Между этими точками порядка 4000 км . точка-тени прошла за 4 часа 33 мин (16380 сек ). Значит тень прошла со скоростью 0,244 км/сек .
Согласно полученным данным, полное СЗ происходило на линии-траектории гораздо выше эклиптики, на широте 32 °- 44 ° и выше тропика Рака (23,5 °). Причем не берем движение полутеней, а только движение точки полного затмения, когда Луна полностью закрывает Солнце. Что это значит? Солнце и Луна в данный момент не находятся в области эклиптики, если проецируются на 44-й градус северной широты на Земле? А склонение Солнца на небе в этот момент равно +12° (см. ниже) над небесным экватором и не выходит за границы тропика. А астрономам известно, что склонение полностью соответствует земной широте. Лгут? Так что, небесный экватор не совпадает с земным? Почему такое происходит?

Сравним с данными Астрокалькулятора.

Скрин 1. 21.08.2017 г. точка наблюдения 37° с.ш., 87.7° з.д.

Угол между плоскостями эклиптики и месячного пути Луны небольшой, максимум 5°9".
Эклиптика указана одной белой линией, а траектория движения Луны - множественной.
Видим, что затмение происходит в восходящем лунном узле .

Скрин 2,3,4. Фазы солнечного затмения. Луна «наезжает» на Солнце с запада (справа).

Астрокалькулятор воспроизводит небосвод глазами наблюдателя, который стоит лицом к югу. Восток слева, запад справа. Мы видим, что луна движется справа (запада), «наезжает» на солнце, видим левый его серп. После полного затмения видим правый солнечный серп. Все в точности, как на Рис. 3. Луна с Солнцем для наблюдателя движутся слева направо, с востока на запад - восход, закат (видимость за счет земного вращения).

На кадрах (скринах) калькулятора заметно, что Солнце с Луной находятся на 10 часовом меридиане (прямое восхождение) в зодиакальном созвездии Лев, практически рядом со звездой Регул .

Скрин 5. СЗ происходит в созвездии Льва, рядом со звездой Регул.
Склонение Солнца +11°52".

Земля вращается против часов стрелки (с Запада на Восток) со скоростью 0.465 км/сек.
Луна вращается вокруг Земли против часовой стрелки (с Запада на Восток) с орбитальной скоростью 1,023 км/сек (разделить длину орбиты 2х3.14хR (R=384000 км) на период вращения 27.32 дня ).
В Вики читаем: Минимальная скорость движения лунной тени по земной поверхности составляет чуть более 1 км/с . Получается, что скорость Луны на орбите равна скорости движения лунной тени по Земле. Еще и больше линейной скорости вращения земли вокруг оси.
Так ли это? Выше мы уже высчитали скорость движения лунной тени - 0,244 км/сек . Скорость, высчитанная на основе официальной анимации затмения.
Продолжим исследование.

Рис. 5. Солнечное затмение.

Посмотрим внимательно на эту общеобразовательную картинку происхождения солнечного затмения.

Направление движения Земли против часовой стрелки, от запада к востоку обозначил красной стрелкой.
Если Луна была бы статичной, то тень Луны во время вращения Земли смещалась бы в противоположную сторону, к западу, по черным стрелкам .
Однако, Луна движется в направлении вращения Земли (по красной стрелке ), ее орбитальная скорость в два с лишним раза больше скорости ее вращения. Именно поэтому наблюдается движение лунной тени по земной поверхности с запада на восток. А вот с какой скоростью тень должна уходить от наблюдателя на земле влево, т.е. в сторону востока (наблюдатель лицом к югу) - вопрос открыт? … открыт для обсуждения!

Итак, подведем некоторые итоги в нашем исследовании движения Луны.

Луна движется влево относительно неподвижной звездной сферы (для наблюдателя с земли, стоящего лицом к югу), с запада на восток, в сторону вращения самой Земли, но быстрее, со скоростью один оборот за 27,3 дня, 13,2° в день или 1,023 км/сек. Д огоняет Солнце и «наезжает» на него справа во время солнечного затмения. Происходит это потому, что Солнце движется по знакам зодиака тоже к востоку, совершая полный круг за 365,24 суток, медленнее 1° в день.

Тень Луны движется налево, обгоняет вращение Земли, проходит по земной поверхности с запада к востоку.

Для самого наблюдателя с Земли (в северном полушарии) картина самого затмения, смещение светил Солнца и Луны будет происходить вправо, к западу, т.е. от восхода к закату. Связано это движение с вращением Земли вокруг своей оси с запада на восток.

Некоторые поднятые в теме вопросы остаются открытыми, буду рад услышать ответы и обоснования.

Сам постараюсь в следующей части прояснить данные вопросы, исходя из реального вращения Луны.
Продолжение следует…

Уже в эту субботу, 11 августа 2018 года, в космос отправится новая миссия по изучению Солнца - Parker Solar Probe (или солнечный зонд «Паркер»). Через несколько лет аппарат подойдет к Солнцу так близко, как это еще не удавалось ни одному рукотворному объекту. Редакция N + 1 с помощью Сергея Богачева, главного научного сотрудника лаборатории рентгеновской астрономии Солнца ФИАН, решила разобраться, зачем ученые посылают аппарат в столь жаркое место и каких результатов от него ждут.

Когда мы смотрим на ночное небо, то видим огромное количество звезд - самую многочисленную категорию объектов во Вселенной, доступных для наблюдений с Земли. Именно эти огромные сияющие газовые шары производят в своих термоядерных «топках» многие химические элементы тяжелее водорода и гелия, без которых не существовала бы и наша планета, и все живое на ней, и мы сами.

Звезды находятся на огромных дистанциях от Земли - расстояние до ближайшей из них, Проксимы Центавра , оценивается в несколько световых лет. Но есть одна звезда, чей свет идет до нас всего восемь минут, - это наше Солнце, и наблюдения за ним помогают нам больше узнать о других звездах Вселенной.

Солнце гораздо ближе к нам, чем это кажется на первый взгляд. В определенном смысле, Земля находится внутри Солнца - ее постоянно омывает поток солнечного ветра , исходящего из короны - внешней части атмосферы звезды. Именно потоки частиц и излучения от Солнца управляют «космической погодой» вблизи планет. От этих потоков зависит появление полярных сияний и возмущения в магнитосферах планет, а вспышки на Солнце и корональные выбросы массы выводят из строя спутники, влияют на эволюцию жизненных форм на Земле и определяют радиационную нагрузку на пилотируемые космические миссии. Причем подобные процессы происходят не только в Солнечной системе, но и в других планетных системах. Поэтому понимание процессов в короне Солнца и внутренней гелиосфере позволяет нам лучше ориентироваться в особенностях поведения плазменного «океана», окружающего Землю.

Строение Солнца

Wikimedia Commons

«Из-за удаленности Солнца практически всю информацию о нем мы получаем через генерируемое им излучение. Даже какие-то простые параметры, такие как температура, которые на Земле могут измеряться обычным градусником, для Солнца и звезд определяются существенно более сложным способом - по спектру их излучения. Это относится и к более сложным характеристикам, например к магнитному полю. Магнитное поле способно влиять на спектр излучения, расщепляя линии в нем, - это так называемый эффект Зеемана . И именно благодаря тому, что поле меняет спектр излучения звезды, мы способны его зарегистрировать. Если бы такого влияния не было в природе, то мы бы ничего не знали о магнитном поле звезд, так как способа прямо подлететь к звезде нет», - говорит Сергей Богачев.

«Но у этого способа есть и ограничения - взять хотя бы то, что отсутствие излучения лишает нас информации. Если говорить про Солнце, то солнечный ветер не излучает свет, поэтому никакого способа удаленно определять его температуру, плотность и иные свойства нет. Не излучает свет и магнитное поле. Да, в нижних слоях солнечной атмосферы магнитные трубки заполнены светящейся плазмой и это дает возможность измерять магнитное поле вблизи поверхности Солнца. Однако уже на удалении одного радиуса Солнца от его поверхности такие измерения невозможны. И таких примеров можно привести довольно много. Как же быть в такой ситуации? Ответ очень простой: надо запускать зонды, которые могут подлететь прямо к Солнцу, погрузиться в его атмосферу и в солнечный ветер и проводить измерения непосредственно на месте. Такие проекты широко распространены, хотя менее известны, чем проекты космических телескопов, производящих удаленные наблюдения и поставляющих намного более эффектные данные (например, фотографии), чем зонды, с которых идут скучные потоки цифр и графиков. Но если говорить про науку, то, конечно, мало какое удаленное наблюдение может сравниться по силе и убедительности с исследованием объекта, который находится вблизи», - продолжает Богачев.

Загадки Солнца

Наблюдения за Солнцем велись еще в Древней Греции и в Древнем Египте, а на протяжении последних 70 лет не один десяток космических спутников, межпланетных станций и телескопов, начиная от «Спутника-2» и заканчивая работающими сегодня космическими обсерваториями, такими как SDO , SOHO или STEREO , пристально следили (и следят) за поведением самой близкой к нам звезды и ее окрестностями. Тем не менее, у астрономов по-прежнему остается немало вопросов, связанных со строением Солнца и его динамикой.

Например, уже более 30 лет перед учеными стоит проблема солнечных нейтрино , заключающаяся в недостатке зарегистрированных электронных нейтрино, образующихся в ядре Солнца в результате ядерных реакций, по сравнению с их теоретически предсказанным количеством. Другая загадка связана с аномальным нагревом короны . Этот самый внешний слой атмосферы звезды имеет температуру более миллиона градусов Кельвина, в то время как видимая поверхность Солнца (фотосфера), над которой располагаются хромосфера и корона, нагрета всего до шести тысяч градусов Кельвина. Это кажется странным, ведь по логике более внешние слои звезды должны быть более холодными. Прямого теплопереноса между фотосферой и короной недостаточно для обеспечения подобных температур, что означает, что здесь работают иные механизмы подогрева короны.

Корона Солнца во время полного солнечного затмения в августе 2017 года.

NASA’s Goddard Space Flight Center/Gopalswamy

Существуют две основные теории, объясняющие эту аномалию. Согласно первой, за перенос тепла из конвективной зоны и фотосферы Солнца в хромосферу и корону ответственны магнитоакустические волны и Альвеновские волны , которые, рассеиваясь в короне, увеличивают температуру плазмы. Однако эта версия имеет ряд недостатков, например магнитоакустические волны не могут обеспечить перенос достаточно большого объема энергии в корону из-за рассеяния и отражения обратно в фотосферу, а волны Альвена относительно медленно преобразуют свою энергию в тепловую энергию плазмы. Кроме того, долгое время каких-либо прямых свидетельств распространения волн через солнечную корону просто не существовало - лишь в 1997 году космическая обсерватория SOHO впервые зарегистрировала магнитоакустические солнечные волны на частоте в один миллигерц, которые дают лишь десять процентов энергии, необходимой для нагрева короны до наблюдаемых температур.

Вторая теория связывает аномальный нагрев короны с постоянно происходящими микровспышками, возникающими из-за непрерывного пересоединения магнитных линий в локальных областях магнитного поля в фотосфере. Эта идея была предложена в 1980-х годах американским астрономом Юджином Паркером , чьим именем зонд и который также предсказал наличие солнечного ветра - потока высокоэнергетичных заряженных частиц, непрерывно испускаемых Солнцем. Однако теория микровспышек также до сих пор не получила подтверждения. Возможно, на Солнце работают оба механизма, однако это необходимо доказать, а для этого надо подлететь к Солнцу на достаточно близкое расстояние.

С короной связана еще одна тайна Солнца - механизм образования солнечного ветра, заполняющего всю Солнечную систему. Именно от него зависят такие явления космической погоды, как северные сияния или магнитные бури. Астрономов интересуют механизмы возникновения и ускорения медленного солнечного ветра , рождающегося в короне, а также роль магнитных полей в этих процессах. Здесь также существует несколько теорий, имеющие как доказательства, так и недостатки, и ожидается, что зонд «Паркер» поможет расставить точки над i.

«В целом, в настоящее время существуют достаточно проработанные модели солнечного ветра, которые предсказывают, как должны меняться его характеристики по мере удаления от Солнца. Точность этих моделей достаточно высока на расстояниях порядка земной орбиты, но насколько точно они описывают солнечный ветер на близких расстояниях от Солнца, не понятно. Вероятно, „Паркер“ может помочь с этим. Еще довольно интересный вопрос - ускорение частиц на Солнце. После вспышек к Земле приходят потоки большого числа ускоренных электронов и протонов. Не до конца ясно, однако, происходит ли их ускорение непосредственно на Солнце, а потом они просто движутся к Земле по инерции, или эти частицы дополнительно (а может быть и полностью) ускоряются на пути к Земле межпланетным магнитным полем. Возможно, когда на Землю придут данные, собранные зондом вблизи Солнца, с этим вопросом тоже можно будет разобраться. Есть еще несколько аналогичных проблем, продвинуться в решении которых можно тем же путем, - сравнив аналогичные измерения вблизи Солнца и на уровне земной орбиты. В целом, именно на решение таких вопросов и нацелена миссия. Остается только надеяться, что аппарат ждет успех», - говорит Сергей Богачев.

Прямиком в пекло

Зонд «Паркер» будет запущен 11 августа 2018 года со стартового комплекса SLC-37 на базе ВВС США на мысе Канаверал, в космос его будет выводить тяжелая ракета-носитель Delta IV Heavy - это самая мощная ракета из действующих, она может выводить на низкую орбиту почти 29 тонн груза. По грузоподъемности ее превосходит только , но этот носитель пока находится в стадии испытаний. Чтобы добраться в центр Солнечной системы, необходимо погасить очень высокую скорость, которую имеет Земля (и все объекты на ней) относительно Солнца - около 30 километров в секунду. Помимо мощной ракеты для этого понадобится серия гравитационных маневров у Венеры.

По плану процесс сближение с Солнцем продлится семь лет - с каждой новой орбитой (всего их 24) аппарат будет все ближе подходить к светилу. Первый перигелий будет пройден уже 1 ноября, на расстоянии 35 солнечных радиусов (около 24 миллионов километров) от звезды. Затем, после серии из семи гравитационных маневров вблизи Венеры, аппарат сблизится с Солнцем до расстояния около 9-10 солнечных радиусов (около шести миллионов километров) - это произойдет в середине декабря 2024 года. Это в семь раз ближе, чем перигелий орбиты Меркурия, еще ни один рукотворный космический аппарат не подбирался настолько близко к Солнцу (текущий рекорд принадлежит аппарату Helios-B , который приближался к звезде на 43,5 миллиона километров).

Схема перелета до Солнца и основных рабочих орбит зонда.

Основные этапы работы на каждой из орбит.

Выбор подобной позиции для наблюдений не случаен. По расчетам ученых, на расстоянии десяти радиусов от Солнца находится точка Альвена - область, где солнечный ветер ускоряется настолько, что покидает Солнце, а волны, распространяющиеся в плазме, уже не оказывают на него влияния. Если зонд сможет оказаться вблизи точки Альвена, то можно считать, что он вошел в солнечную атмосферу и коснулся Солнца.

Зонд «Паркер» в собранном состоянии, в ходе установки на третью ступень ракеты-носителя.

"Задача зонда заключается в измерении основных характеристик солнечного ветра и солнечной атмосферы вдоль своей траектории. Научные инструменты на его борту не являются уникальными, не обладают рекордными характеристиками (если не считать такими способность выдержать потоки солнечной радиации в перигелии орбиты). Parker Solar Probe - это аппарат с обычными приборами, но на уникальной орбите. Большинство (а может быть, даже все научные приборы) планируется держать отключенными на всех участках орбиты, кроме перигелиев, где аппарат наиболее близок к Солнцу. В некотором смысле такая научная программа дополнительно акцентирует, что главной задачей миссии является изучение солнечного ветра и солнечной атмосферы. Когда аппарат будет уходить от перигелия, данные с тех же приборов будут превращаться в рядовые, и для сохранения ресурса научных инструментов их будут просто переключать в фоновый режим до следующего сближения. В этом смысле способность выйти на заданную траекторию и способность прожить на ней заданное время - это те факторы, от которых в первую очередь будет зависит успех миссии«, - рассказывает Сергей Богачев.

Устройство теплозащитного щита «Паркера».

Greg Stanley/Johns Hopkins University

Вид теплозащитного щита на этапе установки на зонд.

NASA/Johns Hopkins APL/Ed Whitman

Зонд «Паркер» с установленным теплозащитным щитом.

NASA/Johns Hopkins APL/Ed Whitman

Чтобы выжить вблизи звезды, зонд оснащен теплозащитным щитом, работающим в качестве «зонта», под которым укроются все научные приборы. Передняя часть щита будет выдерживать нагрев до температур более 1400 градусов Цельсия, в то время как температура его задней части, где находятся научные инструменты, не должна превысить тридцати градусов Цельсия. Такой перепад температур обеспечивает особая конструкция этого «солнечного зонтика». При общей толщине всего в 11,5 сантиметра он состоит из двух панелей, сделанных из углеграфитового композита , между которыми находится слой углеродной пены. На переднюю часть щита нанесено защитное покрытие и белый керамический слой, увеличивающий его отражательные свойства.

Кроме щита, проблему перегрева призвана решить система охлаждения, использующая в качестве хладагента 3,7 литра деионизированной воды, находящейся под давлением. Электрическая проводка аппарата сделана с использованием высокотемпературных материалов, таких как сапфировые трубочки и ниобий, а во время сближений с Солнцем солнечные панели будут убираться под тепловой щит. Помимо сильного нагрева, инженерам миссии придется учитывать сильное световое давление со стороны Солнца, которое будет сбивать правильную ориентацию зонда. Чтобы облегчить эту работу, на зонд в разных местах установлены датчики солнечного света, помогающие контролировать защищенность научной аппаратуры от воздействия Солнца.

Инструментарий

Практически все научные инструменты зонда «заточены» под изучение электромагнитных полей и свойств окружающей его солнечной плазмы. Исключение составляет лишь оптический телескоп WISPR (Wide-field Imager for Solar PRobe), задачей которого станет получение изображений солнечной короны и солнечного ветра, внутренней гелиосферы, ударных волн и любых других наблюдаемых аппаратом структур.

– единственная звезда Солнечной системы: описание и характеристика с фото, интересные факты, состав и структура, расположение в галактике, развитие.

Солнце выступает центром и источником жизни для нашей Солнечной системы. Звезда относится к классу желтых карликов и занимает 99.86% всей массы нашей системы, а гравитация по силе преобладает над всеми небесными телами. В древности люди сразу поняли, какое значение имеет Солнце для земной жизни, поэтому упоминание о яркой звезде встречается в самых первых текстах и наскальных рисунках. Это было центральное божество, правящее над всеми.

Давайте изучим самые интересные факты о Солнца - единственной звезде Солнечной системы.

Внутри поместится миллион Земель

Если мы заполняем нашу звезду Солнце, то внутри поместится 960000 Земель. Но если их сжать и лишить свободного пространства, то количество увеличится до 1300000. Поверхностная площадь Солнца в 11990 раз больше земной.

Вмещает 99.86% массы системы

По массе превосходит земную в 330000 раз. Примерно ¾ отведено на водород, а остальное – гелий.

Почти идеальная сфера

Разница между экваториальным и полярным диаметрами Солнца составляет всего 10 км. А значит, перед нами одно из наиболее приближенных к сфере небесных тел.

Температура в центре поднимается до 15 млн. °C

В ядре Солнца такая температура возможна благодаря синтезу, где водород трансформируется в гелий. Обычно горячие объекты поддаются расширению, поэтому наша звезда могла бы взорваться, но удерживается мощной гравитацией. При этом температура поверхности Солнца равна "всего" 5780 °C.

Однажды Солнце поглотит Землю

Когда Солнце израсходует весь водородный запас (130 млн. лет), то перейдет к гелию. Это заставит ее увеличиваться в размерах и поглощать первые три планеты. Это этап красного гиганта.

Однажды достигнет земного размера

После красного гиганта оно рухнет и оставит сжатую массу в шарике земного размера. Это стадия белого карлика.

Солнечный луч добирается к нам за 8 минут

Земля отдалена от Солнца на 150 млн. км. Скорость света – 300000 км/с, поэтому лучу требуется 8 минут и 20 секунд. Но важно также понимать, что ушли миллионы лет, прежде чем фотоны света перешли с солнечного ядра на поверхность.

Скорость движения Солнца – 220 км/с

Солнце отдалено от галактического центра на 24000-26000 световых лет. Поэтому на орбитальный путь тратит 225-250 млн. лет.

Дистанция Земля-Солнце меняется в течение года

Земля движется по эллиптическому орбитальному пути, поэтому удаленность составляет 147-152 млн. км (астрономическая единица).

Это звезда со средним возрастом

Возраст Солнца – 4.5 млрд. лет, а значит оно уже сожгло примерно половину водородного запаса. Но процесс будет продолжаться еще 5 млрд. лет.

Наблюдается мощное магнитное поле

Солнечные вспышки выделяются в период магнитных бурь. Мы видим это в качестве формирования солнечных пятен, где скручиваются магнитные линии и вращаются словно земные торнадо.

Звезда формирует солнечный ветер

Солнечный ветер представляет собою поток заряженных частичек, проходящих сквозь всю Солнечную систему на ускорении в 450 км/с. Ветер появляется там, где распространяется магнитное поле Солнца.

Наименование Солнца

Само слово произошло от древнеаглийского, обозначающего «юг». Есть также готические и германские корни. До 700 года н.э. воскресенье называли «солнечный день». Свою роль сыграл и перевод. Изначальное греческое «heméra helíou» перешло в латинское «dies solis».

Характеристики Солнца

Солнце - звезда главной последовательности G-типа с абсолютной величиной 4.83, что ярче примерно 85% других звезд в галактике, многие из которых выступают красными карликами. При диаметре 696342 км и массе – 1.988 х 10 30 кг Солнце в 109 раз крупнее Земли и в 333000 раз массивнее.

Это звезда, поэтому плотность меняется в зависимости от слоя. Средний показатель достигает 1.408 г/см 3 . Но ближе к ядру увеличивается до 162.2 г/см 3 , что в 12.4 раз превосходит земную.

В небе кажется желтым, но истинный цвет – белый. Видимость создается атмосферой. Температура возрастает с приближенностью к центру. Ядро нагревается до 15.7 млн. К, корона – 5 млн. К, а видимая поверхность – 5778 К.

Средний диаметр	1,392·10 9 м
Экваториальный	6,9551·10 8 м
Длина окружности экватора	4,370·10 9 м
Полярное сжатие	9·10 −6
Площадь поверхности	6,078·10 18 м²
Объём	1,41·10 27 м³
Масса	1,99·10 30 кг
Средняя плотность	1409 кг/м³
Ускорение свободного падения на экваторе	274,0 м/с²
Вторая космическая скорость (для поверхности)	617,7 км/с
Эффективная температура поверхности	5778 К
Температура короны	~1 500 000 К
Температура ядра	~13 500 000 К
Светимость	3,85·10 26 Вт (~3,75·10 28 Лм)
Яркость	2,01·10 7 Вт/м²/ср

Солнце выполнено из плазмы, поэтому наделено высоким магнетизмом. Есть северный и южный магнитные полюса, а линии формируют активность, наблюдаемую на поверхностном слое. Темные пятна отмечают прохладные точки и поддаются цикличности.

Выброс корональной массы и вспышки происходят, когда линии магнитного поля перенастраиваются. Цикл занимает 11 лет, во время которого активность возрастает и утихает. Наибольшее количество солнечных пятен возникает в максимуме активности.

Кажущаяся величина достигает -26.74, что в 13 млрд. раз ярче Сириуса (-1.46). Земля отдалена от Солнца на 150 млн. км = 1 а.е. Для преодоления этой дистанции световому лучу нужно 8 минут и 19 секунд.

Состав и структура Солнца

Звезда наполнена водородом (74.9%) и гелием (23.8%). Среди более тяжелых элементов присутствуют кислород (1%), углерод (0.3%), неон (0.2%) и железо (0.2%). Внутренняя часть делится на слои: ядро, радиационная и конвективная зоны, фотосфера и атмосфера. Наибольшей плотностью (150 г/см 3) наделено ядро и занимает 20-25% всего объема.

На оборот оси звезда тратит месяц, но это приблизительная оценка, потому что перед нами плазменный шар. Анализ показывает, что ядро вращается быстрее внешних слоев. Пока экваториальная линия тратит 25.4 дней на оборот, то у полюсов уходит 36 дней.

В ядре небесного тела формируется солнечная энергия из-за ядерного синтеза, трансформирующего водород в гелий. В нем создается почти 99% тепловой энергии.

Между радиационной и конвективной зонами расположен переходный слой – тахолин. В нем заметно резкая перемена равномерного вращения радиационной зоны и дифференциальное вращение конвекционной, что вызывает серьезный сдвиг. Конвективная зона находится на 200000 км ниже поверхности, где температура и плотность также ниже.

Видимая поверхность именуется фотосферой. Над этим шаром свет может свободно распространяться в пространство, высвобождая солнечную энергию. В толщину охватывает сотни километров.

Верхняя часть фотосферы уступает по нагреву нижней. Температура поднимается к 5700 К, а плотность – 0.2 г/см 3 .

Атмосфера Солнца представлена тремя слоями: хромосфера, переходная часть и корона. Первая простирается на 2000 км. Переходная занимает 200 км и прогревается до 20000-100000 К. Четких границ у слоя нет, но заметен нимб с постоянным хаотичным движением. Корона прогревается до 8-20 млн. К, на что влияет солнечное магнитное поле.

Гелиосфера – магнитная сфера, простирающаяся за черту гелиопаузы (на 50 а.е. от звезды). Ее также называют солнечным ветром.

Эволюция и будущее Солнца

Ученые убеждены, что Солнце появилось 4.57 млрд. лет назад из-за крушения части молекулярного облака, представленного водородом и гелием. При этом оно запустило вращение (из-за углового момента) и начало нагреваться с ростом давления.

Большая часть массы сконцентрировалась в центре, а остальное превратилось в диск, который позже сформирует известные нам планеты. Гравитация и давление привели к росту тепла и ядерному синтезу. Произошел взрыв и появилось Солнце. На рисунке можно проследить этапы эволюции звезд.

Сейчас звезда пребывает в фазе главной последовательности. Внутри ядра трансформируется больше 4 млн. тон вещества в энергию. Температура постоянно растет. Анализ показывает, что за последние 4.5 млрд. лет Солнце стало ярче на 30% с увеличением в 1% на каждые 100 млн. лет.

Полагают, что в итоге оно начнет расширяться и превратится в красного гиганта. Из-за увеличения размера погибнет Меркурий, Венера и, возможно, Земля. В фазе гиганта пробудет примерно 120 млн. лет.

Потом начнется процесс уменьшения размера и температуры. Оно продолжит сжигать остатки гелия в ядре, пока не закончатся запасы. Через 20 млн. лет оно потеряет стабильность. Земля уничтожится или же раскалится. Через 500000 лет останется лишь половина солнечной массы, а внешняя оболочка создаст туманность. В итоге, мы получим белый карлик, который проживет триллионы лет и лишь потом станет черным.

Расположение Солнца в галактике

Солнце находится ближе к внутреннему краю рукава Ориона в Млечном Пути. Удаленность от галактического центра составляет 7.5-8.5 тысяч парсеков. Находится внутри локального пузыря – полость в межзвездной среде с раскаленным газом.

Солнечная система проживает в галактической жилой зоне. Эта территория наделена особыми характеристиками, способными поддерживать жизнь. Солнечное движение направлено к Веге на территории Лиры и под углом в 60 градусов от галактического центра. Среди ближайших 50 систем наше Солнце стоит на 40-м месте по массивности.

Полагают, что орбитальный путь эллиптический с присутствием возмущения от галактических спиральных рукавов. Тратит 225-250 млн. лет на один орбитальный пролет. Поэтому на сегодняшний момент выполнило лишь 20-25 орбит. Ниже можно рассмотреть карту поверхности Солнца. При желании воспользуйтесь нашими телескопами онлайн в режиме реального времени, чтобы полюбоваться звездой системы. Не забывайте отслеживать космическую погоду с указанием магнитных бурь и солнечных вспышек.