9. Секреты Солнца

Солнце

Из более чем 250 спутников, запущенных в СССР и США начиная с 1957 г. вплоть до времени написания этой книги, почти каждый нес на борту приборы с солнечными датчиками, предназначенные для сбора информации о жизненно важном для нас гигантском светиле — сердце солнечной системы.

Солнце — неисчерпаемый источник тепла, обогревающего планеты, лучистой энергии, определяющей погоду на Земле, и света, который, отражаясь от планет, делает их видимыми на нашем ночном небе. Без Солнца жизнь была бы невозможна. Его живительные лучи даруют жизнь растениям, вызывают необходимый им дождь, создают благоприятные условия для существования животных, стимулируют круговорот кислорода в природе и обеспечивают человечество скрытыми в недрах Земли запасами угля и нефти.

Солнце — ничем не выделяющаяся звезда среди множества ее небесных сестер. Его диаметр 1 390 000 км . Будь оно полое, внутри него поместилось бы несколько миллионов таких тел, как Земля. На 70 % Солнце состоит из водорода. Огромное давление и высокая температура (больше 14 000 000°) в его недрах миллиарды лет назад дали начало термоядерной цепной реакции: непрерывному превращению водорода в гелий. В этом процессе атомного синтеза ежесекундно расходуется 600 млн. тонн водорода и чудовищный поток энергии извергается в окружающее пространство, из которого Земля получает всего только около двух миллиардных.

Мало известно о фантастической жаре, царящей внутри светила. В телескопы видны только верхние слои солнечной атмосферы — фотосфера, хромосфера и корона.

Огненная фотосфера преподносит нам несколько загадок.

Загадка 1. Почему число солнечных пятен периодически меняется и максимум их повторяется каждые 11 лет?

Общее число пятен, зарегистрированных на поверхности Солнца за двенадцать месяцев в 1957–1958 гг., достигло многих сот. К 1963 г. оно уменьшилось до ¹/₃ этого количества, а в 1964–1965 гг. упало еще ниже, до нескольких пятен в месяц. Затем число темных пятен на ярком диске Солнца начало увеличиваться с каждым годом и достигнет следующего максимума около 1968–1969 гг. Этот 11-летний цикл безотказно действует с тех пор, как Галилей впервые навел оптическую трубу на Солнце, но «вступил в строй» значительно раньше.

Причина цикличности совершенно неизвестна. Одна гипотеза сменяет другую, но все они связывают солнечные пятна с ядерными реакциями, идущими глубоко в недрах этого гигантского атомного котла. Согласно одной из прежних теорий, которая теперь отвергнута, солнечные пятна — это «предохранительные клапаны, спускающие пар» и предотвращающие взрыв всего Солнца, как космической сверхбомбы. Современная теория рассматривает солнечные пятна как «магнитные холодильники», играющие какую-то — пока неясную — роль в солнечной активности.

Что такое солнечные пятна — тоже не установлено. Диаметры их порядка 100 000 км , а температура на 1500° ниже окружающего раскаленного вещества (средняя температура 6000°), поэтому из-за эффекта контраста пятна кажутся черными. Вероятно, это гигантские магнитные вихри или глубокие впадины, внезапно образованные опускающимися массами относительно холодного ионизованного вещества, или даже «смерчи», медленно перемещающиеся в бурлящих морях плазмы.

Когда астрономы достигнут Меркурия, они используют его в качестве платформы для наблюдений солнечной поверхности с близкого расстояния и разгадают истинную природу солнечных пятен. Автоматические зонды, запущенные с Меркурия, могут приблизиться к Солнцу на расстояние 15 млн. км и ближе, если только контейнеры выдержат высокую температуру и не расплавятся.

Один из удивительных фактов состоит в том, что солнечная корона гораздо горячее поверхности Солнца и имеет температуру от 300 000 до 1 000 000°. Почему эта разреженная плазма, состоящая из протонов (ядер водорода), альфа-частиц (ядер гелия) и тяжелых ионов, так фантастически горяча, не известно. Выяснилось, что солнечная корона тянется значительно дальше, чем думали прежде. Телеметрические данные, полученные с дальних космических зондов: Пионер 5, Эксплорер 10 и Маринер 2, запущенных в 1960–1962 гг., указывают, что она простирается за орбиту Венеры (110 млн. км ).

Но и эта величина может оказаться очень далекой от истины.

Загадка 2. Находится ли наша Земля внутри солнечной короны?

В настоящее время астрономы подозревают, что корона действительно простирается по крайней мере на 150 млн. км в виде гигантской линзы, параллельной плоскости эклиптики. В этой области, занятой солнечной атмосферой, целиком лежит земная орбита.

Рис. 12. Солнечная атмосфера из сверхгорячей плазмы простирается, по-видимому, до орбиты Марса, если не далее.

Однако эта атмосфера из газовой плазмы гораздо более разрежена, чем самый высокий вакуум, когда-либо полученный в земных лабораториях. Ее основная роль, по-видимому, заключается в переносе магнитных полей, имеющих вид гигантских пузырей, в межпланетное пространство между Венерой и Землей. Именно эти поля могут изменять направление движения энергичных частиц, приходящих из галактического пространства, вызывая тем самым загадочные уменьшения интенсивности космических лучей, время от времени наблюдающиеся на Земле.

Довольно странно, что в солнечной атмосфере, в которой движется наша планета, происходят явления, напоминающие процессы в атмосфере нашей Земли.

Загадка 3. Периодически ли повторяются порывы солнечного ветра в межпланетном пространстве?

Фонтаны раскаленной плазмы, именуемые протуберанцами, беспрерывно поднимаются с солнечной поверхности. По-видимому, они возбуждают колебания в короне, которые выбрасывают облака протонов и электронов, несущихся в пространстве со скоростью нескольких миллионов километров в час. Это значит, что «пустое» пространство на самом деле заполнено частицами, постоянно волнующимися и колеблющимися, как штормовое море.

Достигая Земли, эти электронные ураганы искажают «радиозеркало» — ионосферу — и нарушают радиосвязь на Земле на несколько часов или даже дней. Но Солнце порождает еще и смертоносные тайфуны, состоящие из частиц гораздо более энергичных, чем обычный солнечный ветер.

Среди астрономов возникли разногласия по поводу объяснений этого явления, впервые обнаруженного с помощью спутников в 1958 г.

Рис. 13. Земля и Солнце. Процессы, посредством которых различные виды излучений Солнца влияют на атмосферные условия и погоду, еще недостаточно изучены.

Загадка 4. Насколько велика опасность солнечных «лучей смерти» для космонавтов в длительном космическом путешествии?

Солнечные вспышки — это мощные извержения солнечного вещества; число их тесно связано с количеством пятен на Солнце. Вспышка посылает в межпланетное пространство смертоносный поток атомных ядер, который, как полагают, подойдя к Земле, пополняет радиационные пояса и вызывает полярные сияния в северных и южных полярных зонах.

Более интенсивная, чем космические лучи, эта радиация может представлять серьезную опасность для космонавтов, поскольку каждая такая вспышка эквивалентна по мощности миллиарду, а то и больше самых крупных водородных бомб.

Нам повезло, что солнечные вспышки случаются не часто. Крупнейшие из них, посылающие наибольшее количество опасных лучей, бывают в среднем три раза в год. Для борьбы с нарушениями радиосвязи астрономы всего мира по очереди ведут наблюдения Солнца, и созданы службы Всемирной системы оповещения. Когда на Солнце появляется вспышка, земной шар облетает предупреждение о приближении магнитной бури. Это предупреждение поступает в самые отдаленные уголки Земли по крайней мере за сутки до прилета частиц.

Итак, времени между сильными вспышками вполне хватило бы для короткого путешествия к Луне. Если космонавты будут застигнуты в дороге непредвиденной вспышкой, то, получив предупреждение с Земли, они успеют укрыться в «штормовом погребе» на борту корабля — небольшой кабине, надежно защищенной от радиации. Несколькими часами позже, после окончания солнечной бури, космонавты выйдут отсюда невредимыми.

Однако полеты к Марсу, Венере и другим планетам займут несколько месяцев, а то и год (по крайней мере на заре межпланетных путешествий), а на космическое путешествие в оба конца понадобится более двух лет. За это время неизбежно разразятся солнечные штормы, обрушивающие на ракету поток губительной радиации, причем число их в зависимости от фазы цикла солнечной активности может достигнуть нескольких десятков. Предохранит ли «штормовой погреб» космонавтов от бомбардировки этой «Большой Берты»? Есть много противоречивых мнений.

Самые мрачные предсказания — что радиация солнечных вспышек помешает межпланетным полетам человека — уже сейчас можно не принимать во внимание. Тем не менее многие специалисты высказывают опасения, что даже экспедиция к Марсу и Венере не раз встретит смертоносный ураган радиации. С еще большей опасностью встретятся путешественники во время длительных полетов к другим планетам. Массивная свинцовая защита, способная существенно уменьшить риск полета, будет составлять значительную часть полезной нагрузки ракеты.

Другое мнение (к нему склоняется все больше и больше специалистов) гораздо оптимистичнее. «Вероятно, в течение года происходит не более одной солнечной вспышки, достаточно интенсивной, чтобы своим излучением погубить человека в космосе», — говорит Симпсон (Чикагский университет). Многие авторитетные специалисты уверены, что опасность космических лучей значительно преувеличена и сравнительно легко устранима. Она пугает нас, как всякое новое и неизученное явление.

Это частично подтверждается несколькими экспериментами. В контейнер спутника помещались культуры микробов, семена растений, зародыш улитки и другие объекты, включая живые клетки человеческой ткани. После облучения радиацией солнечной вспышки (в одном случае в течение 60 часов) они вернулись на Землю без каких-либо тяжелых или необратимых повреждений. Человеческие ткани сначала выглядели поврежденными, но затем быстро восстановили свои жизненные функции.