Для изучения солнечного спектра помимо обычных спектрографов широко используются специальные приборы — спектрогелиографы и спектрогелиоскопы, позволяющие получить монохроматическое изображение Солнца в любой длине волны.

Солнечное излучение и влияние его на Землю

Из общего количества энергии, излучаемой Солнцем в межпланетное пространство, границ земной атмосферы достигает лишь 1/2000000000 часть. Примерно треть солнечного излучения, падающего на Землю, отражается ею и рассеивается в межпланетном пространстве. Много солнечной энергии идет на нагревание земной атмосферы, океанов и суши. Но и остающаяся Доля обеспечивает существование жизни на Земле.

В будущем люди обязательно научатся непосредственно превращать солнечную энергию в другие виды энергии. Уже применяются в народном хозяйстве простейшие гелиотехнические установки: различные типы солнечных теплиц, парников, опреснителей, водонагревателей, сушилок. Солнечные лучи, собранные в фокусе вогнутого зеркала, плавят самые тугоплавкие металлы. Ведутся работы по созданию солнечных электростанций, по использованию солнечной энергии для отопления домов и опреснения морской воды. Практическое применение находят полупроводниковые солнечные батареи, непосредственно превращающие энергию Солнца в электрическую энергию. Наряду с химическими источниками тока солнечные батареи используются, например, на искусственных спутниках Земли и космических ракетах. Все это лишь первые успехи гелиотехники.

Ультрафиолетовые и рентгеновские лучи исходят в основном от верхних слоев хромосферы и короны. Это удалось доказать, запуская ракеты с приборами во время солнечных затмений. Очень горячая солнечная атмосфера всегда является источником невидимого коротковолнового излучения, но особенно мощным оно бывает в годы максимума солнечной активности. В это время ультрафиолетовое излучение возрастает примерно в два раза, а рентгеновское — в десятки и даже сотни раз по сравнению с излучением в годы минимума. Интенсивность коротковолнового излучения изменяется также ото дня ко дню, резко возрастая, когда в хромосфере Солнца происходят вспышки.

Коротковолновое излучение Солнца оказывает влияние на процессы, происходящие в атмосфере Земли. Так, например, ультрафиолетовые и рентгеновские лучи частично ионизуют слои воздуха, образуя слой земной атмосферы — ионосферу. Ионосфера играет важную роль в осуществлении дальней радиосвязи: радиоволны, идущие от радиопередатчика, прежде чем достичь антенны приемника, многократно отражаются от ионосферы и от поверхности Земли. Состояние ионосферы меняется в зависимости от условий освещения ее Солнцем и от происходящих на Солнце явлений. Поэтому для обеспечения устойчивой радиосвязи приходится учитывать время суток, время года и состояние солнечной активности. Во время наиболее мощных вспышек на Солнце число ионизованных атомов в ионосфере возрастает и радиоволны частично или полностью поглощаются ею. Это приводит к ухудшению или даже к временному прекращению радиосвязи.

Систематическое исследование радиоизлучения Солнца началось только после второй мировой войны, когда выяснилось, что Солнце — мощный источник радиоизлучения. В межпланетное пространство проникают радиоволны, которые излучает хромосфера (сантиметровые волны) и корона (дециметровые и метровые волны) — они и достигают Земли.

Радиоизлучение Солнца имеет две составляющие — постоянную, почти не меняющуюся, и переменную, спорадическую (всплески, «шумовые бури»). Радиоизлучение «спокойного» Солнца объясняется тем, что горячая солнечная плазма всегда излучает радиоволны наряду с электромагнитными колебаниями других длин волн (тепловое радиоизлучение). Во время боль­ших хромосферных вспышек радиоизлучение Солнца возрастает в тысячи и даже миллионы раз по сравнению с радиоизлучением спокойного Солнца. Это радиоизлучение, порожденное быстропротекающими нестационарными процессами, имеет нетепловую природу.

Ряд геофизических явлений (магнитные бури, т. е. кратковременные изменения магнитного поля Земли, полярные сияния и др.) вызван солнечной активностью. Но эти явления происходят не ранее чем через сутки после вспышек на Солнце. Вызываются они не электромагнитным излучением, доходящим до Земли через 8,3 мин, а изверженными корпускулами, которые с опозданием проникают в околоземное пространство.

Корпускулы испускаются Солнцем и тогда, когда на нем нет вспышек и пятен. Непрерывно расширяющаяся корона создает солнечный ветер, охватывающий движущиеся вблизи Солнца планеты и кометы. Вспышки сопровождаются «порывами» солнечного ветра. Эксперименты на космических ракетах и искусственных спутниках Земли позволили непосредственно обнаружить солнечные корпускулы в межпланетном пространстве.

Во время вспышек в межпланетное пространство проникают не только корпускулы, но и магнитное поле — все это определяет «обстановку» в околоземном космическом пространстве. Так, например, солнечный ветер деформирует геомагнитное поле, сжимает его и локализует в пространстве; корпускулы заполняют радиационный пояс. С проникновением корпускул в земную атмосферу связаны полярные сияния. После вспышек на Солнце на Земле происходят магнитные бури. Так, после вспышки 4 августа 1972 г. произошла сильная магнитная буря, нарушившая радиосвязь на коротких волнах, наблюдались полярные сияния и резкое снижение уровня космических лучей, которые шли к нам из глубин Галактики и которым преградили путь изверженные Солнцем плазменные потоки (эффект Форбуша).

Проблема «Солнце — Земля», связывающая солнечную активность с ее воздействием на Землю, находится на стыке нескольких важнейших для человечества наук — астрономии, геофизики, биологии, медицины.

Некоторые части этой комплексной проблемы исследуются уже несколько десятилетий, например ионосферные проявления солнечной активности. Здесь удалось не только накопить множество фактов, но и обнаружить закономерности, имеющие большое значение для осуществления бесперебойной радиосвязи (выбор рабочих частот радиосвязи и прогнозы условий радиосвязи).

Давно известно, что колебания магнитной стрелки во время магнитной бури особенно заметны в дневное время и имеют наибольшую амплитуду, иногда достигающую нескольких градусов, в периоды максимума солнечной активности. Хорошо известно и то, что магнитные бури обычно сопровождаются свечением верхних слоев атмосферы. Это полярные сияния — одно из красивейших явлений природы. Необычайная игра красок, внезапная смена спокойного свечения стремительным перемещением дуг, полос и лучей, образующих то гигантские шатры, то величественные занавесы, издавна привлекала к себе людей. Полярные сияния, как правило, наблюдаются в полярных областях земного шара. Но иногда в годы максимумов солнечной активности их можно наблюдать и в средних широтах. В полярных сияниях преобладают два цвета: зеленый и красный. Окраска полярных сияний обусловлена излучением атомов кислорода. Существует связь между явлениями на Солнце и процессами в нижних слоях земной атмосферы. Солнечное излучение воздействует на тропосферу. Выяснение механизма этого воздействия необходимо для метеорологии.

В последнее время все большее внимание ученых привлекают разнообразные явления в биосфере, которые, как показывают наблюдения, связаны с солнечной активностью. Так, биологи отмечают, что в течение 11-летнего цикла солнечной активности происходят изменения в приросте лесонасаждений, условиях существования отдельных видов животных, птиц, насекомых. Врачи заметили, что в годы максимума солнечной активности заметно обостряются некоторые сердечно-сосудистые заболевания и нервные заболевания. Это, в частности, связывается с обнаруженным влиянием геомагнитного поля на различные коллоидные системы, включая кровь человека. Изучение подобных солнечно-земных связей только начинается.

Чтобы всесторонне исследовать явления, происходящие на Солнце, проводятся систематические наблюдения Солнца на многочисленных обсерваториях. Изучение воздействия Солнца на Землю требует объединения усилий ученых многих стран.

Заключение

Резюмируем вышесказанное.

Солнце является типичной звездой, одной из 100 000 000 000 звезд в нашей Галактике. Спектральный класс Солнца G2V, на диаграмме Герцшпрунга-Рессела оно находится ближе к холодному концу главной последовательности, и относится к классу желтых карликов.

Солнце – центральное светило нашей планетной системы, и физические процессы, протекающие в нем, в значительной степени определяют также физику планет, по крайней мере, ближайших к Солнцу. Среднее расстояние от Земли до Солнца – 150 миллионов километров – свет проходит его за 8 минут.

Имея диаметр почти 1 392 000 км ( примерно в 109 раз больше диаметра Земли) и массу 1.9891х10³⁰ кг (это составляет 98% массы солнечной системы), Солнце является мощным источником энергии- источником всей жизни на Земле.

В настоящее время примерно половина водорода в ядре уже выгорела в термоядерных реакциях. Солнце в целом на 92,1% состоит из водорода, 7,8% составляет гелий и 0,01% приходится на углерод, железо и другие элементы. Каждую секунду 700 млрд тонн водорода сгорает на Солнце. Несмотря на такую огромную скорость потерь, энергии Солнца хватит еще на 5 млрд лет такой жизни (примерно столько же лет Солнцу от рождения). Закончит свою жизнь Солнце белым карликом.

Средняя плотность кипящего плазменного шара, которым является Солнце, раза в 4 меньше плотности Земли. Фотону требуется миллион лет, чтобы добраться от ядра Солнца до его поверхности. Сначала энергия передается излучением – примерно 70% пути. Затем начинает работать конвекция- процесс, напоминающий кипение. За конвективной зоной следует слой атмосферы Солнца, называемый фотосферой – это поверхность Солнца, которую мы видим. Толщина фотосферы очень маленькая - ~350 км- это около 1/200 радиуса Солнца. Располагающиеся над фотосферой хромосфера и корона практически свободно пропускают непрерывное излучение фотосферы. В первом приближении можно считать, что фотосфера испускает непрерывное тепловое излучение как абсолютно черное тело с температурой 6000К. Практически вся энергия излучения Солнца заключена в излучении фотосферы, приходящемся на интервал длин волн от 1500 А до 0,5 см. В видимой области спектра излучение Солнца почти не зависит от cолнечной активности – наличия на фотосфере пятен и т.д. Количество энергии, приносимой солнечными лучами за 1 мин на площадку в 1 см² , расположенную вне земной атмосферы на среднем расстоянии от Земли до Солнца, называют солнечной постоянной, ее значение равно 1,4х10³ вт/м² . Отсюда можно посчитать, что светимость Солнца равна 3,86х10²⁶ Ватт. Звезды типа Солнца – стационарные звезды с термоядерным источником энергии – не меняют своей светимости в течение многих миллионов лет. Все же следует заметить, что изменения солнечной постоянной могут составлять доли процента в зависимости от солнечной активности.

До изобретения радио и запуска космических телескопов, которые позволили наблюдателям освоить всю шкалу электромагнитных волн, от самого жесткого гамма излучения, рентгена и ультрафиолета до метровых радиоволн, единственным свидетельством переменности солнечной активности было изменение количества пятен на фотосфере – оно меняется с периодом в 11 лет.

В настоящее время Солнце находится на пике активности.

На самом деле полный магнитный цикл Солнца составляет 22 года – за это время происходит полная переполюсовка магнитного поля Солнца, и пятна, которые представляют собой места выхода магнитного поля из-под фотосферы, возвращаются на свои места.

Список литературы

1. Левитан Е. П. Астрофизика – школьникам. Пособие для учащихся. М.: «Просвещение», 1977.

2. Струве О., Линдс Б., Пилланс Э. Элементарная астрономия. Пер. с англ. И. С. Щербиной-Самойловой /Под ред. и с дополнениями проф. С. А. Каплана. М.: Издательство «Наука», 1964.

3. Энциклопедический словарь юного астронома /Сост. Н. П. Ерпылев. – М.: Педагогика, 1986.

4. astro.physfac.bspu.secna/teacher/sun.html

5. solnce/