Загадки мироздания - Айзек Азимов

В период наибольшего количества солнечных пятен наиболее высока и активность Солнца по выбросу материи на тысячи километров в пространство против собственной силы гравитации. Эти вылетающие сгустки красного пламени называются «протуберанцами». Невооруженным глазом их не заметить, но с помощью современных инструментов, позволяющих «отключить» сияние самого солнечного диска, можно увидеть те из них, что отлетают в направлении перпендикулярном плоскости наблюдения.

Иногда сияние солнечного диска отключается для наблюдателя и естественным образом. Речь идет о солнечных затмениях. Они случаются, когда Луна проходит ровно между Солнцем и Землей. По странному совпадению крошечная Луна находится от нас ровно на таком расстоянии, чтобы ее видимый размер в точности совпадал с видимым размером огромного Солнца. Поэтому, когда Луна проходит между Землей и Солнцем, совпадение получается почти идеальным.

Когда это случается (что, к сожалению для астрономов, бывает нечасто), само раскаленное добела Солнце заслоняется от нас, а чуть светящаяся внешняя атмосфера Солнца становится похожей на жемчужно-белый туман. Это — солнечная корона, окружающая солнечный диск, очень горячий, но очень разреженный газ. Лишь в последние двадцать лет наблюдения с космических аппаратов предоставили сведения о том, насколько она на самом деле горяча — больше миллиона градусов по Цельсию. Этого достаточно, чтобы, помимо обычного света, солнечная корона излучала и в диапазоне рентгеновских лучей. Однако вещество солнечной короны очень разрежено в пространстве, и поэтому, несмотря на высокую температуру, в целом содержание тепла в ней невелико.

Астрономы полагают, что в самом начале развития Солнечной системы материя, из которой она состоит, представляла собой разреженное облако пыли и газа, медленно кружащееся и сокращающееся под действием собственных гравитационных сил.

По мере того как материя сжималась к центру, температура центра все возрастала. Это неизбежное явление. Даже сжатие воздуха в ручном насосе приводит к нагреву этого воздуха; а температура в центре Земли, сжатом со всех сторон тысячами тонн металла и камня, достигает нескольких тысяч градусов.

Таким же образом материя Солнца, обладающего гораздо большей массой, чем Земля, своим давлением привела к нагреву собственного центра до невероятных высот.

Чем выше температура, тем энергичнее движутся атомы, и, наконец, система доходит до такого состояния, когда столкновения атомов становятся столь яростными, что электроны начинают соскакивать с внешних оболочек и атомное ядро остается «голым». На этом этапе материя обрушивается сама в себя — так и Солнце превратилось в тот шар, который мы видим сегодня.

Почти всю материю Солнца в самом начале составлял водород, а ядро атома водорода — это одна невероятно крошечная частица, именуемая «протон». По мере того как температура продолжала расти, эти протоны, уже лишенные электронов, сталкивались между собой все сильнее и сильнее, до тех пор пока при столкновениях не стали образовываться новые, более сложные ядра, состоящие уже из четырех частиц, — ядра гелия.

При слиянии атомов водорода с образованием гелия высвобождается огромное количество энергии. Именно этот процесс происходит при взрыве водородной бомбы. Короче говоря, в Солнце произошел ядерный взрыв, и оно превратилось в гигантскую водородную бомбу, благодаря свету и теплу которой мы живем. В отличие от маленьких водородных бомб, изготавливаемых человеком, Солнце не взорвалось сразу и навсегда, отойдя в небытие, поскольку его огромная сила притяжения удерживает солнечное вещество на месте.

Опасная радиация этой мощнейшей водородной бомбы нам тоже не страшна. Подавляющая часть опасного излучения даже не выходит за пределы Солнца. В его центре, где собственно и происходит процесс слияния водорода, температура составляет около 14 миллионов градусов по Цельсию, но весь этот жар не может попасть наружу иначе, кроме как медленно просачиваясь сквозь тысячи километров солнечного вещества. Поверхность Солнца по сравнению с этим ядром можно назвать лишь теплой, а та небольшая часть опасного излучения, которая все же пробирается наружу, в основном поглощается атмосферой Земли, не достигая поверхности планеты.

Прошло, наверное, пять или шесть миллиардов лет с того момента, как в сжимающемся центре Солнца вспыхнуло ядерное пламя, но за все это время в гелий успела превратиться лишь небольшая часть его обширнейших водородных запасов. Даже сегодня значительно больше половины солнечного вещества составляет водород, и ядерного топлива в Солнце еще достаточно, чтобы оно продолжало гореть, как сейчас, еще как минимум десять миллиардов лет.

От Солнца до Земли долетает гораздо больше, чем полагали до последнего времени. Не вся материя протуберанцев, отрывающихся от солнечной поверхности, возвращается обратно. Часть ее, подобно мельчайшим морским брызгам, уносимым ветром в глубь материка, покидает Солнце насовсем и в виде тончайших пучков улетает в пространство.

Именно из этой материи, представленной электрически заряженными протонами и электронами, состоит солнечная корона, уходящая все дальше и дальше от Солнца до тех пор, пока совсем не теряется в бесконечности пространства, постоянно пополняясь новой солнечной материей. Эту разреженную материю, вечно стремящуюся прочь от Солнца, называют «солнечным ветром», и он ощутим даже на том расстоянии, на котором находится Земля, — 150 000 000 километров.

Здесь, в окрестностях Земли, солнечная материя разрежена до предела, но все же плотность ее достаточна, чтобы окружающее нас пространство отличалось от чистого вакуума. Иными словами, можно сказать, что орбита Земли лежит внутри солнечной короны.

Заряженные частицы солнечной материи притягиваются магнитным полем Земли, дуги которого тянутся от одного полюса к другому, достигая наибольшей высоты в районе экватора.

Солнечные электроны и протоны собираются в магнитном поле Земли, следуя его изгибам и образуя вокруг планеты оболочку, по форме напоминающую пончик. Это так называемые «пояса Ван Аллена», названные в честь американского физика Джеймса Ван Аллена, открывшего их в 1958 году.

Возле магнитных полюсов заряженные частицы прижимаются вплотную к верхним слоям атмосферы Земли, где именно они обеспечивают красоты полярного сияния.

Солнечный ветер — явление непостоянное. Иногда, повинуясь неким непредсказуемым причинам, его сила возрастает. Чаще всего это совпадает с пиками солнечной активности, а непосредственно усиление солнечного ветра связывают со вспышками на Солнце. Бывает так, что пространство вокруг некоего солнечного пятна на час или около того вспыхивает особенно ярко, и из этой вспышки в пространство испускается сильнейший сноп частиц.

Если этот сноп оказывается направленным к Земле, то в тот же день облако частиц окажется в верхних слоях нашей атмосферы. Северное сияние станет ярче обычного, а в сводках погоды напишут о магнитных бурях.

Эти бури могут оказывать сильное воздействие на современную технику. Радиосообщение, к примеру, основано на том, что в верхних слоях атмосферы имеется область, содержащая электрически заряженные фрагменты атомов, называемые «ионами» (поэтому и вся область получила название «ионосфера»). Эти ионы обладают способностью отражать радиоволны. Однако, когда ионосферу наводняют заряженные частицы извне, отражение радиоволн начинает происходить с ошибками. Радиопереговоры тонут в помехах, которые могут сохраняться по тридцать часов.

Солнечный ветер оказывает на земные дела и более повседневное воздействие, причем крайне важное. Речь идет о дожде. Как нам сейчас известно, для того, чтобы пролился дождь, мало наличия влажности в воздухе, мало даже наличия облаков. Должны каким-то образом образоваться дождевые капли, а это не всегда происходит легко. Они образовываются, как правило, вокруг какой-нибудь подходящей пылинки, имеющей необходимые размер, форму и химические свойства. Современные технологии «разгона туч» основаны именно на обработке дождевых облаков соответствующими химическими веществами.

Ионы также представляют собой естественное ядро для дождевых капель, и вполне возможно, что при прочих равных вероятность дождя зависит от того, насколько верхние слои атмосферы богаты ионами. В целом ионов всегда больше в годы повышенной солнечной активности и сильного солнечного ветра. Поэтому в эти годы и дождей выпадает больше.

Так, по результатам измерений, уровень воды в озере Эри в годы наибольшей солнечной активности поднимается выше всего. Также, изучая годовые кольца деревьев, росших на юго-западе Соединенных Штатов, ученые установили, что наиболее толстые кольца, соответствующие годам с наибольшим количеством дождей, повторяются через одиннадцать лет, как и периоды солнечной активности.