Фізика і астрономія. Профільний рівень. 11 клас. Засєкіна

§ 51. Сонячна активність і її прояви на Землі

Поняття сонячної активності та її прояви в атмосфері Сонця. Час від часу в атмосфері Сонця виникають утворення, що контрастують із загальним виглядом його поверхні. Це — плями й факели у фотосфері, протуберанці в короні, а також найграндіозніші явища, що зароджуються в хромосфері, а потім охоплюють усі шари сонячної атмосфери — сонячні спалахи.

Плями, факели, протуберанці, сонячні спалахи називають активними утвореннями на Сонці (мал. 211), а їх появу й розвиток — проявами сонячної активності. Багаторічні спостереження Сонця показали, що впродовж кожних 11-ти років кількість проявів сонячної активності поступово збільшується, а потім поступово спадає. Цей період назвали 11-річним циклом сонячної активності.

Мал. 211. Активні утворення на Сонці

Поява цих утворень має спільну причину — різку зміну в деяких ділянках на поверхні Сонця напруженості магнітного поля.

Сонячні плями інколи мають такі розміри (40 000-50 000 км), що їх можна бачити неозброєним оком, але, звісно, через захисні фільтри. З'ясовано, що в сонячних плямах відбуваються направлені рухи речовини: темними волокнами півтіні газ витікає з плями назовні, тоді як світлими волокнами, навпаки, — з навколишньої фотосфери гаряча речовина тече в напрямку до плями. Найважливішою особливістю плям і причиною їх появи є наявність у них сильних магнітних полів. Магнітні силові трубки, що внаслідок конвективних рухів речовини формуються в підфотосферних шарах Сонця, час від часу спливають у фотосферу. Потужне магнітне поле на деякий час гальмує винос гарячої речовини з глибших шарів, що й спричиняє охолодження цієї ділянки фотосфери. Існують сонячні плями від кількох днів до кількох місяців. Іноді на Сонці зовсім немає плям, а іноді їх буває кілька десятків водночас.

Якщо група плям перебуває поблизу краю сонячного диска, то зазвичай навколо неї видно безліч факелів — факельне поле. Очевидно, факели — це місця, де на поверхню Сонця піднімається гарячіша речовина, ніж в інших ділянках фотосфери. Майже завжди факели виникають трохи раніше плям та існують у середньому втричі довше.

На краю сонячного диска у спеціальний телескоп можна побачити протуберанці (від лат. «здуваюся») — гігантські вогняні струмені, що виникають у сонячній короні або проникають у неї із хромосфери.

Усі протуберанці поділяють на спокійні, що існують кілька тижнів або навіть місяців, і активні, що існують набагато менше часу. Спокійні протуберанці руйнуються повільно, й речовина, викинута в простір, поступово «тане» подібно до земних хмар. Активні протуберанці швидко піднімаються над сонячним диском і швидко осідають донизу.

Одними з найцікавіших і найпотужніших проявів сонячної активності є спалахи — нестаціонарні процеси, що охоплюють усі шари атмосфери Сонця. Найслабкіші спалахи тривають 5-10 хв, а найпотужніші вирують упродовж кількох годин.

Найпотужніші сонячні спалахи навіть породжують сонячні космічні промені, серед яких, крім протонів та електронів, трапляються ядра хімічних елементів, присутніх в атмосфері Сонця. Частинки сонячних космічних променів рухаються в міжпланетному просторі з майже світловими швидкостями.

Вплив сонячної активності на Землю. Швейцарський астроном Йоганн Вольф запропонував для кількісної оцінки активності Сонця використовувати умовну величину, названу пізніше числом Вольфа, W:

де g — кількість груп плям, при цьому за групу приймають також кожну окрему пляму; f — загальна кількість плям на видимій півкулі Сонця.

Під час хромосферного спалаху на Сонці відбувається викид у міжпланетний простір підсиленого потоку заряджених частинок, які вже через 10-12 год досягають орбіти Землі. Під тиском магнітного поля, створеного таким потоком, на денному боці Землі магнітосфера стискається ще більше, унаслідок чого напруженість геомагнітного поля збільшується. Потім магнітосфера розширюється, і напруженість геомагнітного поля зменшується. Так виникає одноразовий сплеск геомагнітного збурення, який триває близько години.

Якщо спалах на Сонці потужний і тривалий, то й підсилений потік частинок у сонячному вітрі довго не вичерпується. У магнітосферу надходить один імпульс за іншим, напруженість геомагнітного поля багато разів різко змінюється, і, замість одного короткого сплеску, відбувається їх серія. Таку швидку зміну напруженості магнітного поля Землі називають магнітною бурею. Магнітні бурі можуть тривати від кількох годин до кількох діб. Найчастіше вони трапляються близько максимуму 11-річного циклу сонячної активності.

Уплив сонячної активності відчуває техносфера й біосфера планети, і часом це призводить до дуже негативних наслідків. Зазнають аварій космічні апарати; виходить з ладу електроніка авіалайнерів, що здійснюють польоти поблизу полюсів; перегорають електротрансформатори, що призводить до аварій у лініях електропередач; посилюється корозія металевих труб магістральних нафто- й газоводів тощо.

Потужні сонячні спалахи і спричинені магнітні бурі можуть змінювати циркуляцію земної тропосфери, а також впливати на поведінку живих організмів, зокрема людини. Медична статистика свідчить, що в дні, коли відбуваються сильні спалахи, у півтора-два рази збільшується кількість захворювань серцево-судинної системи (інфаркт міокарда, інсульт тощо) і кількість смертей із цієї причини. Відомо також про кореляцію між появою спалахів і зростанням кількості транспортних пригод.

Починаючи з 1900 р., збитки від різного роду катастроф, пов'язаних із сонячною активністю, оцінюють у трильйони доларів. Щоб завчасно передбачити вплив сонячної активності на біосферу та соціально-економічну систему Землі, необхідно проводити моделювання «космічної погоди», яке неможливе без моніторингу глобальних змін Сонця на тривалих відрізках часу. Геліобіологія — розділ біофізики, що вивчає вплив змін активності Сонця на земні організми. Основоположником геліобіології був російський фізик Олександр Леонідович Чижевський (його перша робота в цій галузі вийшла в 1915 р.), однак на зв'язок між коливаннями активності Сонця й багатьма виявами життєдіяльності в мешканців Землі вказував до нього шведський учений Сванте Арреніус та інші.

Феномен «космічної погоди» нині визнано одним з важливих завдань, що вимагає докладного вивчення.

ЗНАЮ, ВМІЮ, РОЗУМІЮ

1. Завдяки яким спостереженням встановили, що Сонце буває «спокійним» і «активним»? 2. Що є причиною сонячної активності? 3. Як сонячна активність впливає на біосферу? Наведіть приклади.

Експериментуємо

Спостереження за Сонцем онлайн:

http://spacegid.com/izobrazheniya-solntsa-so-sputnika-soho.html

Виконуємо навчальні проєкти

• Геліобіологія.

• Космічна погода.