что такое корона солнца
Новости
Время работы: с 10:00 до 21:00,
Выходной день: вторник
«Ретро-кафе»: в дни работы Планетария с 10:00 до 20:00.
Музей «Лунариум» временно закрыт
+7 (495) 221-76-90
АО «Планетарий» © 2017 г. Москва, ул.Садовая-Кудринская, д. 5, стр. 1
Солнечная корона – что это за астроявление?
14 декабря произойдет полное Солнечного затмение, недоступное для наблюдения с территории России. Зато его можно будет наблюдать онлайн – вместе с нами и специалистом по редким небесным явлениям Олегом Угольниковым.
Статья Галины Якуниной «Солнечная корона» – это прекрасная возможность познакомиться с историей этого астрономического явления и подготовиться к онлайн-трансляции 14 декабря. Автор статьи – кандидат физико-математических наук, специалист по Солнцу, старший научный сотрудник ГАИШ МГУ, экскурсовод и лектор Московского Планетария. В статье рассказывается об истории развития представлений о затмениях с древнейших времен и о том, почему полезно их наблюдать и в наши дни.
Солнечная корона – одно из самых красивых астрономических явлений, наблюдаемых с Земли. Она становится видна только во время полных солнечных затмений. Когда Солнце постепенно исчезает «в пасти дракона» (точнее, в тени Луны) и гаснет его последний луч, появляется «бриллиантовое кольцо», а затем вспыхивает жемчужное сияние солнечной короны.
Во все времена солнечные затмения вызывали у людей и восторг, и страх, и удивление. И в наше время в памяти людей, хотя бы раз наблюдавших это прекрасное явление, остается неизгладимый след на всю жизнь.
В глубокой древности считали, что солнечные затмения происходят потому, что дракон пытается проглотить Солнце. В память об этом период обращения Луны относительно узлов ее орбиты – точек пересечения ею плоскости эклиптики называется драконическим месяцем. Драконический месяц примерно равен 27,2 суткам.
Однако постоянные внимательные наблюдения неба довольно скоро привели жрецов-астрономов к пониманию того, что не дракон, а что-то иное является причиной солнечных затмений.
Самое раннее упоминание о солнечном затмении встречается в источниках древнего Китая (затмение 22 октября 2134 г. до н. э.). В древнем Китае, как и у многих других древних народов, солнечные затмения считались предвестниками великих бедствий.
Первыми научились предсказывать затмения в древнем Вавилоне. Оттуда до нас дошел список затмений, самое раннее из которых произошло в 763 г. до н.э. (эти знания были использованы и звездочетами Древнего Египта). Древние вавилоняне не знали истинных причин затмений, но установив некоторые закономерности в их наступлении, вычислили период их повторяемости (сарос) и научились предсказывать их на много лет вперед. Умение предсказывать солнечные затмения давало звездочетам не только огромную власть, но и налагало огромную ответственность. Ошибка в предсказании затмения расценивалась как государственное преступление, и, по легенде, допустивших ошибку астрономов, казнили.
Солнечное затмение 28 мая 585 г. до н. э. произошло во время битвы между островами Лидией и Мидией и стало самым известным, поскольку было связано с окончанием пятилетней войны между враждующими островами Греции. Это затмение предсказал Фалес Милетский, знаменитый греческий астроном и философ. Зрелище полного солнечного затмения было настолько ошеломляющим, что обе враждующие стороны сразу прекратили боевые действия и заключили мирный договор.
В знаменитом «Каноне затмений» Оппольцера 1887 г. (каноном называют точные таблицы затмений) содержатся данные о 8000 солнечных затмениях за 3368 лет. В среднем за 100 лет происходит 238 затмений Солнца, из них только 66 полных.
Солнечные затмения были и остаются крайне важным событием для астрономов. Они помогают уточнить элементы орбиты Земли вокруг Солнца и Луны вокруг Земли, размеры всех трех космических тел, получить другие данные, например, о температуре и скоростях газа в короне.
Корона – самая внешняя часть солнечной атмосферы. Из-за невысокой яркости ее можно наблюдать только во время полных солнечных затмений. В эти короткие моменты можно видеть серебристо-жемчужное сияние, имеющее лучистую структуру и со всех сторон окружающее Солнце.
Над темным диском Луны видна хромосфера, тонкий слой атмосферы Солнца, светящийся красноватым светом (за что и получил свое название: хромос по-гречески значит «цвет»). Когда крошечная часть солнечного диска еще не исчезла, между горами на краю Луны сияет так называемое «бриллиантовое кольцо».
Изобретение фотографии дало астрономам объективный и документальный метод исследования. Впервые полное солнечное затмение было сфотографировано 28 июля 1851 года.
Затмение – явление очень короткое. Наибольшая продолжительность наблюдаемого на Земле затмения – менее 8 минут. И за это время надо успеть получить как можно больше снимков солнечной короны
Общая форма короны и ее структура изменяются в течение цикла солнечной активности, то есть с периодом примерно 11 лет. В период минимума цикла, когда пятен на Солнце мало, протяженность и яркость короны невелики, лучи вытянуты преимущественно вдоль экватора. В короне, как правило, наблюдаются два квазисимметричных радиальных «луча» на восточном и западном лимбах, вытянутые вдоль солнечного экватора; на полюсах наблюдаются «полярные щеточки», или «перья». В период максимумов корона выглядит «растрепанной», корональные лучи наблюдаются практически на всех широтах
Затмение 14 декабря 2020 г. произойдет практически в минимуме солнечной активности. Корона должна иметь два длинных луча вдоль экватора. Такая форма соответствует минимуму солнечной активности.
В 2008 г. наблюдалась аномальная (не соответствующая минимальной фазе цикла) форма короны, которая была связана, возможно, с затяжной фазой спада 23-го цикла (минимум затянулся почти на 3 года). Вопрос о причинах задержки минимума 23 цикла, а теперь и 24 цикла пока остается неясным.
Радиоизлучение Солнца было обнаружено в 1942–1943 гг., но то, что его источником является корона, стало окончательно ясно только во время наблюдения солнечного затмения 1947 г. в Бразилии. Когда Луна закрыла диск Солнца, радиоизлучение продолжало регистрироваться антеннами радиотелескопов. Так было доказано, что радиоизлучение исходит именно из короны Солнца. С тех пор корону Солнца изучают и методами радиоастрономии.
Теперь есть специальные телескопы-коронографы, есть космические аппараты, постоянно наблюдающие Солнце, но многие особенности внутренней короны становятся видны только во время полных солнечных затмений, наблюдаемых с Земли.
По фотографиям короны, получаемым во время полных солнечных затмений можно исследовать структуру короны. Многочисленные снимки, сделанные с разными выдержками, дают возможность «увидеть» структуру короны от внутренних областей до внешних. Получить и внутренние области короны, и внешние, лежащие на расстоянии более пяти радиусов Солнца, на одном снимке позволяют радиальные фильтры. Радиальный фильтр – это нейтральный фильтр с плотностью, убывающей от центра к краю. Пропускание фильтра рассчитывается под конкретное затмение (зависит от яркости короны) и меняется вдоль радиуса фильтра примерно в 10000 раз. Фильтр компенсирует быстрое убывание яркости короны с удалением от края Солнца. Это позволяет фотографировать одновременно, без передержек, и слабые детали короны, и хромосферу. Без использования радиальных фильтров сфотографировать корону на один кадр практически невозможно. Благодаря этому мы можем видеть структуру внутренней и внешней короны одновременнно на одном снимке.
По снимкам короны, полученным во время полных затмений с помощью разнообразных инструментов, изучают форму короны, детали её строения, движение лучей, а также измеряют яркость в различных точках короны. Данные, полученные в результате наблюдений во время солнечных затмений на протяжении последних десятилетий, позволили глубже проникнуть в существо солнечных явлений. Наблюдения подтвердили быстрые изменения в короне.
Структура солнечной короны исследуется давно, и на фотографиях видно, что она чрезвычайно сложна и динамична и зависит, с одной стороны, от пространственного распределения активных образований на поверхности Солнца, а с другой – от фазы солнечного цикла.
Корона Солнца — самая внешняя часть с солнечной атмоферы, самая разреженная, самая горячая и самая близкая к нам. Структура короны очень сложная и изменчивая. Яркость короны в миллион раз слабее яркости Солнца, а ее температура очень высокая — 1–2 млн. градусов. Форма короны при разных затмениях различна
В последние годы было установлено, что солнечная корона распространяется значительно дальше, чем предполагалось ранее. Оптическое излучение короны прослеживается на 10–20 радиусов Солнца. Наиболее удаленные от Солнца части солнечной короны простираются за пределы орбиты нашей планеты.
Корона простирается до орбиты Земли в виде постоянно движущегося потока плазмы – солнечного ветра. Вблизи Земли скорость солнечного ветра составляет в среднем 400– 500 км/с и может достигать 1000 км/с. Распространяясь далеко за пределы орбит Юпитера и Сатурна, солнечный ветер образует гигантскую гелиосферу. Жизнь нашей планеты Земля происходит в атмосфере Солнца!
В 1942 г. советский астроном Н.М. Субботина высказала интересное предположение, что знаменитое изображение крылатого Солнца у египтян, этот их священный и любимый, наравне со скарабеем, символ, есть не что иное, как изображение Солнца с его короной. (Б.А. Воронцов-Вельяминов. «Очерки о вселенной»).
Несколько тысяч лет назад строители египетских пирамид взирали на чудесное и загадочное явление короны, на крылатое Солнце, но приходится признать, что и для нас оно представляет все еще немало загадок.
Это изображение получено с космического аппарата SOHO. Изображение составное. В линии железа FeXV 284 Å показана корона над диском Солнца, температура около 2 млн. К. Внешняя корона в ультрафиолетовом свете (излучение кислорода OVI)–- солнечный ветер. А дальше изображение c коронографа – белый свет. Поле зрения около 32 диаметров Солнца, или примерно 45 млн. км
Солнечная корона
Содержание
Описание
Верхняя граница короны Солнца до сих пор не установлена, на сегодняшний день ясно, что корона продолжается, по крайней мере, до границ Солнечной системы. Земля, так же, как и другие планеты, находятся внутри короны. При наблюдениях из космоса корона прослеживается на десятки градусов от Солнца и сливается с явлением зодиакального света.
Излучение солнечной короны
Интегральный блеск короны составляет от 0,8·10 −6 до 1,3·10 −6 часть блеска Солнца. Поэтому она не видна вне затмений или без технологических ухищрений. Для наблюдения Солнечной короны вне затмений используют внезатменный коронограф.
Излучение в видимом диапазоне
Видимый спектр солнечной короны состоит из трех различных составляющих, названных L, K и F компонентами (или, соответственно, L-корона, K-корона и F-корона; еще одно название L-компоненты — E-корона [1] ). K-компонента — непрерывный спектр короны. На его фоне до высоты 9’÷10′ от видимого края Солнца видна эмиссионная L-компонента. Начиная с высоты около 3′ (угловой диаметр Солнца — около 30′) и выше виден фраунгоферов спектр, такой же как и спектр фотосферы. Он составляет F-компоненту солнечной короны. На высоте 20′ F-компонента доминирует в спектре короны. Высота 9’÷10′ принимается за границу, отделяющую внутреннюю корону от внешней.
При длительных наблюдениях с внезатменным коронографом L-короны было установлено, что переменность изофот происходит примерно за четыре недели, что указывает на то, что корона в целом вращается так же, как и всё Солнце.
K-составляющая короны появляется при томсоновском рассеянии солнечного излучения на свободных электронах. В непрерывном спектре были обнаружены чрезвычайно сильно размытые (до 100Å) линии H и K Ca II, что указывает на чрезвычайно большую тепловую скорость излучающих частиц (до 7500 км/с). Электроны приобретают такие скорости при температуре порядка 1,5 млн. К. В пользу того, что K-спектр принадлежит электронам, свидетельствует тот факт, что излучение внутренней короны сильно поляризовано, что и предсказывается теорией для томсоновского рассеяния.
Наблюдение эмиссионных линий L-короны также подтверждает предположение о высокой температуре в ней. Этот спектр долго оставался загадкой для астрономов, поскольку имеющиеся в нем сильные линии не воспроизводились в лабораторных опытах ни с одним из известных веществ. Долгое время этот эмиссионный спектр приписывался веществу коронию, а сами линии и по сей день называют корональными. Корональный спектр был полностью дешифрован шведским физиком Эдленом, который показал, что эти линии принадлежат многократно ионизированным атомам металлов (Fe X, Fe XI, Fe XIII, Ca XV, Ni XIII, Ni XV, Ni XVI и др.). Причем, все эти линии являются запрещенными и для их излучения необходимы экстремально низкие плотности вещества, недостижимые в земных лабораториях. Для излучения большинства линий необходима температура около 2,5 млн град. Особого внимания требует линия 5694,42Å Ca XV требующая температуры 6,3 млн градусов. Линия эта сильно переменная и вероятно проявляется только в местах короны, связанных с активными областями.
F-спектр короны формируется благодаря рассеянию солнечного излучения на частичках межпланетной пыли. В непосредственной близости к Солнцу пыль существовать не может, поэтому F-корона начинает проявлять себя на некотором отдалении от солнца.
Радиоизлучение
Солнечная корона является источником сильного радиоизлучения. То, что Солнце излучает радиоволны стало известно в 1942—1943 гг., но то, что источником является корона стало известно пять лет спустя во время солнечного затмения. В радиодиапазоне солнечное затмение началось гораздо раньше и закончилось гораздо позже, чем в видимом. При этом во время полной фазы затмения радиоизлучение не сводилось к нулю. Солнечное радиоизлучение состоит из двух компонент: постоянной и спорадической. Постоянный компонент формируется свободно-свободными переходами электронов в электрическом поле ионов. Спорадический компонент связан с активными образованиями на Солнце.
Рентгеновское излучение
Элементы структуры
Изменения солнечной короны в солнечном цикле обнаружил в 1897 году пулковский астроном Алексей Павлович Ганский.
Проблема нагрева солнечной короны
Возможно, механизм нагрева короны тот же, что и для хромосферы. Поднимающиеся из глубины Солнца конвективные ячейки, проявляющиеся в фотосфере в виде грануляции, приводят к локальному нарушению равновесия в газе, которое приводит к распространению акустических волн, движущихся в различных направлениях. При этом хаотическое изменение плотности, температуры и скорости вещества, в котором распространяются эти волны, приводит к тому, что меняется скорость, частота и амплитуда акустических волн, причем изменения могут быть столь высокими, что движение газа становится сверхзвуковым. Возникают ударные волны, диссипация которых и приводит к нагреву газа.
Летом 2011 года была опубликована научная работа в которой сообщалось об обнаружении альфвеновских волн нужной амплитуды для разогрева короны до наблюдаемых температур. [3]
Солнечная корона
Солнечная корона – это внешний слой атмосферы звезды, состоящий из плазмы. Её можно увидеть во время одного из полных затмений, которые происходят в момент, когда Луна закрывает диск Солнца. В этот период корона проявляется во всей своей красе в виде яркого ореола. Главной особенностью Солнца является неоднородность его состава, что отражается также и на короне. Она проявляется в виде возникновения петель, протуберанцев, дыр. В зависимости от активности звезды могут изменяться их структура, конфигурация и размеры.
Линии излучения звёздной короны
Астрономы-любители и учёные, которые занимались исследованиями спектра солнечного света обнаружили большое количество различного рода излучений и линий, несопоставимых с чем-либо. Ни один из известных химических элементов не мог дать подобные линии при проведении спектрального анализа. Поэтому некоторые учёные предположили, что в составе Солнца имеются вещества неизвестные современной науке. Данный элемент решено было назвать термином «короний».
Это вещество пытались обнаружить до тех пор, пока кто-то не обратил внимание на температуру солнечной короны. К удивлению большинства, измеренное значение было намного больше миллиона градусов Цельсия. Подобные температурные режимы приводят к полной ионизации веществ, находящихся в составе звёздной атмосферы, таких как гелий и водород. Они теряют электроны, что лишает их возможности осуществлять излучение в привычном для них спектре. Подобная ионизация приводит к тому, что видимое излучение приобретает характер редких элементов несвойственных по составу Солнца. Происходит выделение линий, ионизированных кальция и железа. Именно соединение спектров этих элементов натолкнуло учёных на мысль о существовании неизвестного до сих пор вещества корония.
В настоящее время совсем необязательно дожидаться полного затмения, чтобы наблюдать солнечную корону. Для этого изобрели новые инструменты, которые называются коронографы. Они позволяют в любое время закрыть диск звезды с помощью специальной заслонки, тем самым предоставляя возможность изучать её атмосферу.
Вопросы температуры атмосферы Солнца
До сих пор вопрос нагрева солнечной короны остаётся загадкой для учёных. Уже выдвинуто большое количество разнообразных предположений касательно аномально высокой температуры в атмосфере по сравнению с фотосферой и хромосферой. В настоящее время известно, что энергия в корону передаётся из нижележащих слоёв. В этом процессе участвуют:
Некоторые ученые полагают, что механизм нагрева короны аналогичен такому для хроносферы. Из глубин звезды к верхним слоям поднимаются ячейки конвекции, которые проявляются в фотосфере в виде грануляций. Они служат причиной локального нарушения равновесия газа, способствуя распространению в различных направлениях акустических волн. За счёт непредсказуемого изменения скорости, температуры и плотности вещества, в котором они распространяются, хаотически меняются свойства самих волн. Таким образом могут возникать ударные волны, способствующие чрезмерному нагреву короны.
Рентгеновское излучение атмосферы Солнца
Исследования короны с поверхности Земли на сегодняшний день являются больше исключением, нежели правилом. В большинстве случаев для этих целей учёные используют рентгеновский диапазон, который невозможно увидеть с земной поверхности. Подобное обстоятельство обусловлено невероятно высокой температурой на поверхности Солнца. Более того, хромосфера и фотосфера светила практически не испускают рентгеновских лучей, а значит, не создают помех для наблюдения за солнечной атмосферой.
Оптические приборы, применяемые для проведения исследований и фотографирования рентгеновского спектра, в значительной степени отличаются от обычных. Солнечную корону не удастся наблюдать даже при наличии очень дорогого и технологичного телескопа. Это связано с тем, что инструменты, предназначенные для её изучения, должны располагаться вне пределов атмосферы Земли, например, на борту геофизической ракеты либо спутника. Так последние годы 20-го века большое количество ценных данных предоставил японский спутник Yohkoh.
Он проводил исследования атмосферы Солнца в течение 10 лет с 1991 по 2001 год. В наше столетие подобные исследования осуществлялись такими спутниками, как Трейс, Сохо, Коронос-Ф. Россия также не осталась в стороне данного вопроса, запустив свой спутник Коронос-Фотон в 2008 году. Он имеет на борту комплекс специального оборудования, включая телескоп Тесис, который позволяет получать фотографии в высоком разрешении. Это поможет разгадать большое количество загадок и ответить на вопросы касающиеся природы солнечной короны. Таким образом, физики получили современный инструмент для исследования нашего Солнца и близлежащего космоса.
Корона солнечная
Солнечная корона — внешние слои атмосферы Солнца, которые начинаются над хромосферой. Границы короны Солнца до сих пор не установлены, на сегодняшний день ясно, что она продолжается, по крайней мере, до границ Солнечной системы. Земля, так же как и другие планеты, находятся внутри короны. При наблюдениях из космоса корона прослеживается на десятки градусов от Солнца и сливается с явлением зодиакального света.
Спектр солнечной короны состоит из трех различных составляющий, названных L, K и F компонентами. K-составляющая — непрерывный спектр короны. На его фоне до высоты 9’÷10′ от видимого края Солнца видна эмиссионная L-компонента. Начиная с высоты около 3′ и выше виден фраунгоферов спектр, такой же как и спектр фотосферы. Он составляет F-компоненту солнечной короны. На высоте 20′ F-компонента доминирует в спектре короны. Высота 9’÷10′ принимается за границу, отделяющую внутреннюю корону от внешней.
При длительных наблюдениях с внезатменным коронографом L-короны было установлено, что переменность изофот происходит примерно за четыре недели, что указывает на то, что корона в целом вращается так же как и всё Солнце.
K-составляющая короны появляется при томсоновском расеянии солнечного излучения на свободных электронах. В непрерывном спектре были обнаружены чрезвычайно сильно размытые (до 100Å) линии H и K Ca II, что указывает на чрезвычайно большую тепловую скорость излучающих частиц (до 7500 км/с). Электроны приобретают такие скорости при температуре порядка 1,5 млн. К. В пользу того, что K-спектр принадлежит электронам, свидетельствует тот факт, что излучение внутренней короны сильно поляризовано, что и предсказывается теорией для томсоновского рассеяния.
Механизм нагрева короны, по видимому, тот же, что и для хромосферы. Поднимающиеся из глубины Солнца конвективные ячейки, проявляющиеся в фотосфере в виде грануляции, приводят к локальному нарушению равновесия в газе, которое приводит к распространению акустических волн, движущихся в различных направлениях. При этом хаотическое изменение плотности, температуры и скорости вещества, в котором распространяются эти волны, приводит к тому, что меняется скорость, частота и амплитуда акустических волн, причем изменения могут быть столь высокими, что движение газа становится сверхзвуковым. Возникают ударные волны, диссипация которых и приводит к нагреву газа.
Наблюдение эмиссионных линий L-короны также подтверждает предположение о высокой температуре в ней. Этот спектр долго оставался загадкой для астрономов, поскольку имеющиеся в нем сильные линии не воспроизводились в лабораторных опытах ни с одним из известных веществ. Долгое время этот эмиссионный спектр приписывался веществу коронию, а сами линии и по сей день называют корональными. Корональный спектр был полностью дешифрован шведским физиком Эдленом, который показал, что эти линии принадлежат многократно ионизированным атомам металлов (Fe X, Fe XI, Fe XIII, Ca XV, Ni XIII, Ni XV, Ni XVI и др.). Причем, все эти линии являются запрещенными и для их излучения необходимы экстремально низкие плотности вещества, недостижимые в земных лабораториях. Для излучения большинства линий необходима температура около 2,5 млн. град. Особого внимания требует линия 5694,42Å Ca XV требующая температуры 6,3 млн. градусов. Линия эта сильно переменная и вероятно проявляется только в местах короны, связанных с активными областями.
F-спектр короны формируется благодаря рассеянию солнечного излучения на частичках межпланетной пыли. В непосредственной близости к Солнцу пыль существовать не может, поэтому F-корона начинает проявлять себя на некотором отдалении от солнца.
Солнечная корона является источником сильного радиоизлучения. То, что Солнце излучает радиоволны стало известно в 1942-1943 гг., но то, что источником является корона стало известно пять лет спустя во время солнечного затмения. В радиодиапазоне солнечное затмение началось гораздо раньше и закончилось гораздо позже, чем в видимом. При этом во время полной фазы затмения радиоизлучение не сводилось к нулю. Солнечное радиоизлучение состоит из двух компонент: постоянной и спорадической. Постоянный компонент формируется свободно-свободными переходами электронов в электрическом поле ионов. Спорадический компонент связан с активными образованиями на Солнце.
Основные структура, наблюдаемая в короне — корональные арки, лучи, перья, опахала и др. Корональные арки представляют из себя петлю или систему петель магнитного поля с плазмой повышенной плотности.
Во время затмений при наблюдениях в белом свете корона видна как лучистая структура, форма и структура которой зависит от фазы солнечного цикла. В эпоху максимума солнечных пятен она имеет сравнительно округлую форму. Прямые и направленные вдоль радиуса Солнца лучи короны наблюдаются как у солнечного экватора, так и в полярных областях. Когда же пятен мало, корональные лучи образуются лишь в экваториальных и средних широтах. Форма короны становится вытянутой. У полюсов появляются характерные короткие лучи, так называемые полярные щёточки. При этом общая яркость короны уменьшается.
Изменения солнечной короны в солнечном цикле обнаружил в 1897 году пулковский астроном Алексей Павлович Ганский.