Солнечные циклоны icon

Солнечные циклоны



НазваниеСолнечные циклоны
Дата конвертации06.09.2012
Размер205.78 Kb.
ТипДокументы

[вернуться к содержанию сайта]


СОЛНЕЧНЫЕ ЦИКЛОНЫ

(напечатано в журнале "Инженер" №1-2, 2011)


Там огненны валы стремятся и не находят берегов.

Там вихри пламенны крутятся борющись множество веков.

М.В. Ломоносов "Утреннее размышление…"


Слово «циклон» обычно связывают с ветреной, дождливой, пасмурной погодой, но никак не с солнцем. Однако речь здесь пойдёт не о вихрях в земной атмосфере (которые и называют «циклонами»), а о вихрях в атмосфере Солнца. Именно солнечными циклонами и вихрями называли пятна на Солнце в XIX веке. Солнечные пятна, открытые ещё Галилеем, выглядят как маленькие чёрные точки, кружки, словно солнечные веснушки (или родинки), периодично выступающие на светлом лике Солнца (рис. 1). Эти солнечные вихри, как покажем далее, играют ключевую роль в энергетике Солнца и в его воздействии на Землю.



Сначала выясним, отчего же светит Солнце, откуда берётся его невообразимая энергия, излучаемая в виде света и тепла? Какой источник питает эту гигантскую лампочку с номинальной мощностью W=3,8·1026 Вт [1]? Когда-то люди считали, что солнце – это небесный огонь, подобно земному огню, выделяющий свет, тепло и энергию за счёт химических реакций горения. Но потом выяснили, что в этом случае Солнце сгорело бы за несколько тысячелетий [2, 3]. Поэтому в XIX веке Гельмгольц предположил, что Солнце разогревается и выделяет энергию за счёт гравитационного сжатия. Как показал расчёт, сокращение радиуса Солнца всего на 75 метров в год выделяло бы столько гравитационной энергии, сколько звезда излучает в виде света и тепла. Поскольку радиус Солнца огромен и составляет 700 миллионов метров, то гравитационное сжатие могло бы питать светило энергией в течение многих миллионов лет.

Однако возраст Солнца составляет несколько миллиардов лет. Поэтому решили, что Солнце и другие звёзды светят за счёт термоядерных реакций. Водород при соединении его ядер в ядра гелия выделяет энергию достаточную для горения светила в течение миллиардов лет. Эту давно бродившую гипотезу подхватил английский астроном А. Эддингтон и обосновал Г. Гамов. Но и ей опыт вынес суровый приговор в 1970-х годах: регистрируемый поток солнечных нейтрино оказался во много раз ниже того, какой должен возникать от ядерных реакций на Солнце [2]. Эти и другие данные, включая добытые советскими астрофизиками А.Б. Северным и В.А. Амбарцумяном, показали, что недра нашей звезды имеют температуру, недостаточную для протекания термоядерных реакций в крупных масштабах [4]. Учёные снова заявили, что не знают, почему светит Солнце. Термоядерная теория горения звёзд, как показал Амбарцумян, не оправдала надежд: источник энергии звёзд – совсем иной.
Но какой? Учёные этого не знают, хоть и продолжают, забывая о неувязках, твердить, что источник этот термоядерный. Неожиданно разгадку находим в работах древних учёных-атомистов – Демокрита, Эпикура и Лукреция, которые считали, что планеты, Солнце и все другие звёзды возникли от сжатия космических вихрей из атомов. Быстрое вихревое движение и сопутствующее ему трение, по их мнению, и вызвало разогрев, "горение" Солнца: генерация солнечного огня идёт по древнейшему методу добычи огня трением-вращением. Тот же вихревой характер тепловыделения Солнца, раскаляемого, подобно крутящемуся сверлу в заготовке, отстаивали и открыватели закона сохранения энергии – М.В. Ломоносов и Ю.Р. Майер. Эти учёные, так же как Демокрит, первым озвучивший законы сохранения, лучше других понимали, что энергия Солнца не может браться из ниоткуда, а должна привноситься извне. Так считают и некоторые современные физики, например И.И. Смульский.

Эта, на первый взгляд наивная, механистическая гипотеза на деле столь же глубока, как "наивная" механическая гипотеза того же Демокрита об атомах. Не зря современная наука во многом пришла к тем же взглядам о ведущей роли вихревого движения в космосе. Космические вихри Демокрита обнаружены в виде закрученных спиральных галактик, планетарных туманностей и т.д. Да и гипотеза образования Солнца, солнечной системы, а также их разогрева, ныне тоже принята вихревая, демокритова. Считают, что солнечная система образовалась из протопланетного газопылевого облака, которое, сжимаясь под действием гравитации, всё сильней раскручивалось и разогревалось: гравитационная энергия переходила в кинетическую и тепловую. Почти так раскручивается и чуть разогревается от вязкого трения вода в ванне, образующая вихревую воронку-водоворот вокруг "тяготеющего центра" – сливного отверстия. Чем ближе вода подходит к центру, тем быстрей она вращается (в силу сохранения момента импульса) и тем больше разогревается. Так и в протопланетном облаке самая нагретая, центральная часть облака, по мере сжатия, конденсации и разогрева, образовала горячее Солнце, вокруг которого постепенно сконденсировались планеты, крутящиеся в том же направлении, что звезда и протопланетное облако (рис. 2).



Но если Солнце и впрямь разогрелось, как признаёт астрофизика, от гравитационного сжатия и трения, то почему не предположить, что и сейчас его жар поддерживает стекающаяся к светилу материя в виде вихря? Ведь в солнечной системе много вещества пребывает в рассеянном состоянии. Общая масса этого диффузного вещества порядка солнечной массы [1], и постоянно сходясь к звезде, потоки вещества вполне могут её нагревать, ибо скорости движения потоков космические, а потому трение выделяет огромную энергию. Примерно так мы видим, как ярко загораются в небе метеоры, останки космических аппаратов, тормозимые трением земной атмосферы. А в атмосфере Солнца, которое, словно пылесос, засасывает окружающую газопылевую материю, это энерговыделение должно быть неизмеримо выше. Не зря ещё философы Древней Индии, у которых многому научился Демокрит, считали, что Солнце питается космическим газом, поглощая который и выделяет энергию.

В таком случае энергия, выделяемая Солнцем, окажется гравитационной, как и предполагал Гельмгольц. Но выделяться эта энергия будет не за счёт снижения радиуса светила, а за счёт роста его массы от притока материи извне. Такой приток, будучи неиссякаемым, может питать Солнце и звёзды уже не миллионы, а миллиарды лет, поскольку на смену материи, поглощённой звездой, приходит новое вещество, в том числе приносимое метеорными потоками и кометами из облака Оорта, окружающего солнечную систему (возможно, такие облака и сходящиеся из них к звезде потоки мы и наблюдаем в планетарных туманностях). Зная массу Солнца M=2·1030 кг и его радиус R=7·108 м, легко рассчитать, что необходимая для покрытия энергозатрат Солнца W=3,8·1026 Вт гравитационная энергия GMm/R (гравитационная постоянная G=6,7·10–11 Н·м2/кг2) будет выделяться, если масса m вещества, ежесекундно поглощаемого звездой при падении на неё, составит порядка m=WR/GM=2·1015 кг (это масса среднего астероида). Следовательно, в год наше светило в сумме должно поглощать массу 6·1022 кг, составляющую порядка массы нашей Луны, что вполне реально, если учесть плотность окружающих Солнце корональных газов, его огромную поглощающую поверхность и гигантское гравитационное поле. Ведь даже на сравнительно скромную поверхность Земли ежегодно выпадает порядка 109 кг метеоритного вещества [5], повышающего массу нашей планеты и её температуру. Так, А.В. Бялко доказал, что именно гравитационная энергия падающих метеоритов разогрела земные недра и выделяется поныне [6]. Юпитер, с его мощным гравитационным полем и обширной поверхностью поглощает гораздо больше вещества, чем Земля, как показывает пример захвата им фрагментов кометы Шумейкеров-Леви. Это объясняет сходство Юпитера со звездой, его высокую скорость вращения и выделение тепла, превышающего приток тепла от Солнца, хотя температура Юпитера явно недостаточна для термоядерных процессов. Поэтому нет ничего странного, что и Солнце выделяет тепло тем же механическим способом, но, обладая гигантской массой, поглощает гораздо больше вещества и нагревается куда сильнее (вплоть до температур, достаточных для ядерного синтеза, который, правда, идёт в гораздо меньших масштабах, чем полагали прежде).

Отсюда следует интересный вывод о том, что масса Солнца и других звёзд не имеет постоянного значения, а медленно нарастает: от материи, оседающей на звезду, та постепенно растёт, будто снежный ком. Если принять нынешние темпы осаждения вещества на звезду (6·1022 кг/год), то её масса M=2·1030 кг должна удвоиться примерно через 30 миллионов лет, а через миллиард лет вырастет в 30 раз. Впрочем, нарастание звёздной массы имеет более сложный характер, поскольку скорость захвата вещества плавно меняется и сильно зависит от массы, радиуса звезды и концентрации питающего её газопылевого облака, которое постепенно истощается. Эта гипотеза не только объясняет, откуда берётся гигантская энергия Солнца и звёзд, но и проясняет смысл главной последовательности на диаграмме Герцшпрунга-Рессела (рис. 3). Астрономы, нанеся на график зависимость светимости звёзд от их температуры, открыли удивительную вещь: все звёзды уложились на графике в узкую полосу, названную главной последовательностью, на правом конце которой расположены лёгкие звёзды с малой яркостью и температурой, а на левом – массивные звёзды с высокой температурой и яркостью [5]. Однако, по мнению астрофизиков, последовательность эта не отражает последовательные фазы развития звёзд, ибо в эддингтоновой теории звёздной эволюции масса и связанная с ней светимость мало меняются основную часть жизни звезды. Поэтому сочли, что звёзды эволюционируют не вдоль, а поперёк главной последовательности.



Но, если верна гипотеза о гравитационном источнике энергии звёзд, то за миллиарды лет эволюции звёзды как раз увеличивали бы свою массу в тысячи раз (от 0,05 до 100 масс Солнца), проходя стадии эволюции вдоль главной последовательности, аналогично заметному росту массы и энерговыделения у растений и животных в течение их жизни. Естественно, что звезда по мере увеличения массы всё сильней притягивает материю и всё больше разогревается. Это подтверждает открытая астрономами зависимость масса-светимость, по которой, чем выше масса звезды, тем ярче она светит [5]. Попутно нарастает и температура звезды, снижается её спектральный класс. То есть, по мере взросления звезда проходит от правого нижнего угла главной последовательности до левого верхнего. А сама главная последовательность образована звёздами разного возраста, в разных фазах эволюции. Ведь, как доказал Амбарцумян, звёзды не возникли одновременно после вымышленного Большого взрыва, а постоянно рождаются и умирают, сменяя друг друга, образуя замкнутый круговорот жизни.

Но вернёмся к нашей родной звезде. Итак, материя постоянно падает на Солнце, вызывая его разогрев за счёт трения. Этот процесс падения вещества на тяготеющие тела с выделением гравитационной энергии называют "аккрецией", а крутящееся облако, питающее звезду,– "аккреционным диском" (рис. 4). Облако это весьма разрежено и образовано, вероятно, не столько газом, сколько пылью и астероидами. Поэтому обычно мы не видим это облако: оно заметно уплотняется и разогревается только возле Солнца, образуя его внешнюю протяжённую атмосферу – горячую корону, видимую лишь при затмении. Следы этого облака наблюдают и в форме зодиакального света – светящейся полосы, иногда видимой на фоне закатного неба вдоль эклиптики (линии зодиакальных созвездий) и представляющей собой светящиеся отражённым светом облака пыли и газа, крутящиеся в плоскости вращения планет. Ведёт это облако и к более ярким проявлениям, пока не находившим объяснения.



Например, известно, что Солнце вращается, совершая один оборот за 27 дней, но вращается не как твёрдое тело: на разных широтах угловая скорость вращения разная и нарастает с приближением к экватору (рис. 5). Это, открытое А. Белопольским, дифференциальное вращение Солнца не находит объяснения, так как не ясно, что его поддерживает. Ведь вязкое трение должно тормозить слои солнечной атмосферы, гася разницу их скоростей, а на деле она сохраняется. Но всё прояснится, если существует аккреционный диск вокруг звезды, который своим вращением поддерживает не только температуру, но и повышенную экваториальную скорость вращения Солнца (рис. 4). Ведь космическая скорость вращения падающего на звезду вещества заметно выше скорости вращения светила. Поэтому падающее вещество увлекает своим вихрем экваториальные области Солнца, отчего те получают избыточную угловую скорость. Эти области в свою очередь частично увлекают за собой более высокоширотные области, крутящиеся с меньшей скоростью. Так поддерживается дифференциальное вращение поверхности Солнца. И точно, наблюдения показали, что на большой глубине звезда вертится как единое целое [6, с. 128], и лишь её поверхность вращается с избыточной скоростью, которая непременно гасилась бы трением, не будь притока энергии извне [3]. То, что энергия поступает снаружи, а не изнутри, подтверждает и необъяснимый рост температуры атмосферы Солнца с удалением от его поверхности, вызванный трением её слоёв [6].



Кроме масштабных течений вдоль поверхности, падение вещества на Солнце вызывает и вертикальные, глубинные течения. Поглощение и погружение вещества на солнечном экваторе должно сопровождаться всплыванием газа возле полюсов. То есть должны возникать гигантские конвективные ячейки, аналогичные ячейкам Хэдли и Феррела [6] в атмосфере Земли (рис. 6). Такие ячейки уже давно предполагали у Солнца в динамо-теории для объяснения магнитного поля Солнца и его дифференциального вращения, но без пояснения их природы и строения. Теперь же ясно, что Солнце подобно гигантскому котлу с кипящим супом, куда сыплются новые ингредиенты, наращивающие его массу, температуру и перемешивающие всё конвективными токами. Именно с конвективными течениями связывают периодичную солнечную активность [3]. Выходит, период одного полного оборота вещества в конвективной ячейке и задаёт 11-летний цикл солнечной активности. Впрочем, от неоднородности потока метеорного вещества, поглощаемого Солнцем, скорость его вращения и период циркуляции конвективной ячейки слегка варьируют, отчего немного меняется и период солнечной активности. Эту связь вращения Солнца и его ячеек с циклами солнечной активности подтверждает и факт ускоренного вращения экваториальных слоёв Солнца в минимуме солнечной активности [3]. Напомним, солнечную активность, сопровождаемую солнечными вспышками, выбросами вещества и излучений, характеризуют обычно количеством солнечных пятен. И вот круг замкнулся: мы вернулись к пятнам, с которых начали рассказ.



Солнечные пятна представляют собой менее горячие и яркие участки Солнца, кажущиеся тёмными на контрасте с его сверкающим фоном. Связано это с тем, что в пятнах восходящее движение атмосферы, несущее тепло, сковано сильным магнитным полем. Однако, учёные не могут объяснить происхождение пятен, их огромные магнитные поля и связанную с пятнами солнечную активность. Причина этого в том, что физики забыли классические, механические, наглядные модели и стали выдумывать замысловатые объяснения в виде математических схем. А между тем, физики-классики давно открыли простейшую модель пятен, посчитав их гигантскими вихрями в атмосфере Солнца, наподобие вихрей и циклонов в атмосфере Земли. С этой моделью выступали многие учёные, в том числе У. Гершель, Э. Браун, Хейл, Бьёркнес (специалист по земным циклонам) и другие [7].

В самом деле, совсем как циклоны в атмосфере Земли приносят посредь жаркого лета холодные воздушные массы и пасмурную погоду, так и циклоны в атмосфере Солнца образуют холодные области. Даже при взгляде со спутника циклоны в атмосфере Земли во многом напоминают солнечные пятна: тут и волокнистая структура облаков циклона (напоминающих волокна в районе полутени пятна), и тёмное пятно в центре циклона (глаз циклона, схожий с тенью пятна, рис. 1). Однако учёные отказались от этой гипотезы, не обнаружив по доплер-эффекту циркулярного движения газа в пятне. Но это не значит, что вращения нет, ибо следы его всё же выявлены [7]. Надо лишь учесть, что размеры пятен огромны (во многих из них могла бы "утонуть" Земля), а потому вращение в пятнах (равно как вращение в циклонах) небыстрое и тормозится магнитным полем. А само магнитное поле пятен, природы которого учёные не смогли толком понять, в вихревой теории пятен объясняется особенно просто. Поскольку атмосфера Солнца образована плазмой – раскалённым ионизованным газом из ионов и электронов, то, если одних чуть больше чем других (плазма заряжена), тогда даже медленное вращение зарядов в этом гигантском вихре создаст круговой электрический ток I, рождающий мощные магнитные поля, выявленные у пятен по эффекту Зеемана.

Плазма может заряжаться по ряду причин. В зависимости от условий, поверхность Солнца чаще покидают либо ядра водорода (протоны), выброшенные вспышками и образующие солнечный ветер, либо электроны, тепловая скорость которых сопоставима с первой космической на поверхности звезды [6]. Соответственно поверхность заряжается отрицательно, либо положительно. Разделение зарядов идёт и в глобальном масштабе, за счёт конвекции атмосферы Солнца. Вспомним, как масштабные движения в атмосфере Земли в тех же циклонах, ураганах порождают атмосферное электричество, заряжают облака за счёт трения, движения пыли и капель, вызывая электрические разряды, грозы. В ещё больших масштабах это происходит на Солнце от циркуляции его атмосферы, трение которой не только служит источником солнечной энергии, но и ведёт к разделению зарядов, как при трении шерсти, в чём убеждаемся всякий раз, снимая свитер. Тогда основной заряд возникает от глобальной циркуляции атмосферы Солнца в конвективной ячейке (рис. 6). При этом противоположно ползущие слои ячеек с каждым оборотом всё больше заряжаются, подобно крутящимся в разные стороны дискам электрофорной машины, или замкнутой резиновой ленте транспортёра, ременной передачи, порой тоже накапливающей огромные заряды – так устроен и генератор Ван-де-Граафа. Разноимённо заряженные поверхности, быстро следуя мимо, индуцируют, притягивают своим электрическим полем новые заряды. Небольшой затравочный заряд участков конвективной ячейки Солнца постепенно нарастает и поддерживается этим механизмом. Тогда эти противоположные участки, посменно выходя на поверхность, и придают атмосфере Солнца то положительный, то отрицательный заряд (рис. 7).



Видимо, именно эта циркуляция конвективной ячейки и вызывает цикличную активность Солнца и периодичное изменение его магнитного поля. И точно, давно открыто, что вместе с солнечной активностью каждые 11 лет меняется величина и направление магнитного поля Солнца. Магнитные полюса звезды через 11 лет меняются местами, так что полный цикл составляет 22 года. Модель конвективной ячейки легко это объясняет. Солнце вращается против часовой стрелки, поэтому, когда в ходе конвекции на его поверхность выходит положительный заряд, то, крутясь вместе со звездой, он порождает магнитное поле, направленное вверх: верхний полюс Солнца оказывается северным магнитным полюсом (N), а нижний – южным (S). Когда через 11 лет поверхность звезды перезарядится, и на ней будут преобладать электроны, то их круговой ток I создаст магнитное поле направленное вниз: верхний полюс станет южным магнитным полюсом, а нижний – северным (рис. 7). А ещё через 11 лет всё вернётся на круги своя: через 22 года цикл замкнётся. То есть, конвективная оболочка делает полный оборот за 22 года, задавая длительность полного солнечного цикла. Впрочем, период солнечных циклов может немного меняться от раза к разу, как от неравномерного вращения конвективной оболочки, так и за счёт изменения распределения зарядов в ней. Это конвективное сползание солнечной атмосферы к экватору фиксируют и по движению пятен, живущих порядка месяца и заметно дрейфующих к экватору по течению поверхности [7].

Со сменой знака заряда в ходе конвекции связаны и периодичные колебания магнитной полярности солнечных пятен. Давно отмечено, что пятна на Солнце возникают обычно парами, причём полярности пятен противоположны (S и N, рис. 8). Ещё Хейл объяснил это тем, что соседние пятна вращаются противоположно, поскольку пятна представляют собой на деле единую вихревую трубку, подобную той, какую можно наблюдать в ванне с водой. Если провести по воде тарелкой, возникнут две воронки, крутящиеся в противоположные стороны и связанные основаниями, как легко убедиться по движению их тени на дне, или по окрашенной воде, капнутой в одну из воронок [8]. Такая пара воронок – это просто половинка вихревого кольца типа колечка дыма. Подобные парные воронки-водовороты остаются и за веслами лодки. Часто возникает целая группа воронок, связанных в несколько пар. Так же и на Солнце нередко образуются группы пятен-вихрей. Не исключено, что пятна-вихри зарождаются на месте падения в атмосферу Солнца крупных метеоритов, аналогично воронкам, возникающим на воде от падения крупных камней, или подобно воронкам-кратерам от метеоритных снарядов, бомбардирующих Землю и Луну. Это объясняет концентрацию пятен возле экватора, а также резкие всплески солнечной активности, сопровождаемые ростом числа пятен от падения группы метеоритов (метеорных потоков) и образующие большие и малые циклы солнечной активности, вызванные влиянием планет, пересекающих такие потоки. Интересно, что ещё Ю.Р. Майер, считавший причиной энерговыделения Солнца падение на него метеоритов, с ними же связывал рост солнечной активности и образование пятен.



Поскольку вращение в соседних пятнах противоположно, как у сцепленных шестерёнок, то естественно, что противоположно и созданное вращением зарядов магнитное поле (не зря его называют вихревым): парный вихрь солнечных пятен напоминает подковообразный магнит (рис. 8). При этом более мощным и долгоживущим должно быть пятно, где вращение идёт против часовой стрелки в верхнем полушарии, и по часовой – в нижнем, поскольку такому вращению способствует дифференциальное вращение Солнца и силы Кориолиса (совсем как для земных циклонов). По той же причине это пятно оказывается ведущим и расположенным чуть ниже по широте, тогда как пятно, где вращение обратное, отстаёт от вращения Солнца и тянется к полюсу, однако дифференциальное вращение вытягивает пару пятен вдоль параллелей – параллельно экватору [7]. Поскольку у ведущего пятна направление вращения совпадает с вращением Солнца, то и полярность этого пятна та же, что у верхнего полюса Солнца. Так в 1956 г., когда на верхнем полюсе Солнца располагался южный магнитный полюс, ведущие пятна обладали той же полярностью S, а замыкающие – обратной. В южном полушарии наоборот – ведущие более мощные пятна вертятся по часовой стрелке, потому и полярность у них была северная, а у замыкающих – южная. В следующем цикле, когда магнитные полюса Солнца поменялись, вместе со знаком заряда поверхности изменились и полярности пятен (рис. 8, 9): в верхнем полушарии у ведущих пятен была полярность N, а у замыкающих – S, а в нижнем полушарии наоборот [7, 9]. При этом магнитные поля пятен куда мощнее, чем общее поле Солнца, ибо вращение пятен захватывает только однозначно заряженную поверхность, а в осевом вращении звезды участвуют и нижележащие слои, заряженные обратно и создающие поле обратного знака, которое чуть меньше по величине из-за меньшего радиуса вращения. Малая разница этих двух полей и порождает общее поле Солнца с дипольной или квадрупольной структурой, в зависимости от размещения зарядов. Таким образом, гипотеза конвективной ячейки и вихревая гипотеза Хейла легко объясняют загадочное для учёных цикличное изменение полярности Солнца и пятен.

Объясняет конвективная ячейка и периодичное изменение солнечной активности. Пояса положительно и отрицательно заряженных участков конвективной ячейки должны отделяться незаряженными, нейтральными полосами. Когда основная часть поверхности Солнца нейтральна, его активность минимальна и минимально число солнечных пятен, возникающих лишь на заряженных областях. Потому солнечную активность и удобно характеризовать через количество солнечных пятен, выражаемое числом Вольфа. По мере конвективной циркуляции вещества ячейки, вслед за нейтральными участками на поверхность выходят положительно заряженные участки. Тогда на широтах в 30–40º начинают возникать пятна, у которых ведущее имеет полярность N, а замыкающее – S. По мере выхода на поверхность всё новых положительно заряженных областей, площадь заряженной поверхности нарастает, а потому растёт число солнечных пятен и связанная с ними солнечная активность. При этом средняя широта, на которой возникают пятна, постепенно снижается вместе с продвижением заряженной области к экватору. Это продвижение длится как раз одиннадцать лет, пока пятна не станут появляться лишь вблизи экватора и не исчезнут окончательно вместе с уходом под поверхность последних положительно заряженных зон. Тогда солнечная активность вновь достигнет минимума, а поверхность Солнца станет нейтральной.

Параллельно зарождается новый цикл, поскольку, когда последние пятна скрываются возле экватора, на высоких широтах уже выходит на поверхность отрицательно заряженный пояс конвективной ячейки. А потому в моменты, когда возле экватора ведущие пятна ещё имеют полярность N, на высоких широтах, где знак обратный, возникают ведущие пятна с полярностью S, постепенно съезжающие к экватору и дающие начало новому циклу (рис. 9). Впрочем, это пересечение старого и нового солнечных циклов весьма кратковременно. Итак, заряженные области высокой солнечной активности циркулируют в конвективной ячейке, словно лента транспортёра, или гусеница танка. И, так же, как гусеница на асфальте, или колесо, попавшее в краску, как окрашенный валик печатного станка, солнечная конвективная ячейка с каждым оборотом периодично отпечатывает на солнечной поверхности пятна, вызывая смену солнечной погоды (так и конвективные ячейки Земли управляют её погодой).



Ясно, почему именно с пятнами и заряженными участками сопряжена высокая солнечная активность, сопровождаемая частыми выбросами корпускулярного ионизующего излучения, провоцирующего вихри в ионосфере Земли – магнитные бури и полярные сияния. Раз солнечные пятна – это аналоги земных циклонов, ураганов и бурь, то их появление в атмосфере Солнца вызывает в ней заметные пертурбации с выделением энергии. Если вспомнить, сколь разрушительна энергия тропических циклонов и ураганов, несложно представить, какие выбросы энергии даёт в таких бурях гораздо более мощная и обширная раскалённая атмосфера Солнца. Конечно, в самих пятнах магнитное поле сковывает всякое движение и здесь царит "штиль", но это спокойствие столь же обманчиво, как спокойное небо и море в центре, "глазе" циклона [10]. Ведь вокруг спокойного холодного пятна, как вокруг глаза циклона, становится "горячо", и бушует солнечная буря, а на Земле – буря магнитная. Земные циклоны раскручиваются вокруг холодных областей с пониженным давлением. То же происходит и в солнечных пятнах. Малый затравочный вихрь на заряженной поверхности Солнца постепенно усиливается и растёт, так как созданное им магнитное поле тормозит, замораживает конвективные токи плазмы и тепла. Поэтому пятно всё больше остывает, давление в нём падает, ведя к притоку газа с периферии и всё более быстрой его раскрутке, подобно воронке в ванной, что ещё наращивает магнитное поле, и так по кругу (рис. 2, 8). Даже внешне пятно и его полутень напоминают коническую воронку, типа торнадо, смерча, тайфуна.

Кроме того, магнитное поле пятна, блокируя, задерживая и сбивая ряд солнечных процессов, ведёт к взрывному перегреву. Обычно спокойное "горение" Солнца приобретает за счёт сдерживания взрывной характер, светило извергает потоки плазмы, подобно извержению магмы и пара вулканом, гейзером, где спокойное расширение газа сменяется взрывообразным, за счёт перегрева [10]. Также не исключено, что выбросы заряженных частиц в максимуме солнечной активности вызваны мощными электроразрядами в конвективной ячейке. Противоположно заряженные внешняя и внутренняя стороны ячейки, разнесённые на сотни и тысячи километров, должны в плазме солнечной атмосферы вызывать гигантские пробои-молнии, аналогичные земным молниям, но гораздо более масштабные (тогда пятна – это очаги не просто солнечной, но и грозовой активности). В этих разрядах лавина ионов и электронов, ускоренная полем конвективной ячейки-конденсатора, может по инерции вылетать в виде солнечной вспышки-молнии – мощного корпускулярного выброса-протуберанца, выстрелянного Солнцем в космос и ударяющего нередко в Землю (рис. 10). Кстати, ещё Лукреций упоминал в своей поэме "О природе вещей" эти молнии Солнца, стремительно несущиеся в небесах. Он же верно объяснил и природу земных молний, возникающих от трения облаков и стремительного вылета из них микрочастиц (электронов и ионов) в момент пробоя.



А может, и земной магнетизм, грозовая активность и зарядка поверхности обусловлены движением земной атмосферы? Ведь у Земли давно открыты конвективные ячейки [6]. Аналогичные ячейки, видимые в форме полос, выявлены и у планет-гигантов: Юпитера, Сатурна, Урана, Нептуна, пёстрая поверхность которых напоминает мыльный пузырь, опоясанный сползающими цветными кольцами и вихревыми разводами. Своеобразные аналоги таких вихрей, земных циклонов и солнечных пятен широко представлены на поверхности планет-гигантов: это небольшие короткоживущие завихрения и большое красное пятно Юпитера. Механизм генерации магнитного поля Солнца тоже может быть перенесён на планеты, магнитные поля которых до сих пор связывали с токами в планетных недрах. Если же, как в Солнце, магнитное поле планет вызвано вращением их заряженной поверхности, атмосферы и ионосферы, то механизм генерации поля и токов будет напоминать не динамо-машину, а электрофорную машину и генератор Ван-де-Граафа. В зависимости от знака заряда поверхности и атмосферы, вращение придаёт ту или иную магнитную полярность планете.

Так, земная поверхность заряжена отрицательно, поэтому её вращение генерирует магнитное поле с южным магнитным полюсом в верхнем (северном) полушарии, что на деле и наблюдается (примерно так и вращение электрона порождает его магнитный момент). А периодическое обращение (инверсия) магнитных полюсов Земли, происходящее в среднем раз в 200 тысяч лет, аналогично смене полярности Солнца раз в 11 лет, возможно, тоже вызвано изменением знака заряда земной поверхности и атмосферы. Тогда понятно, почему сильное магнитное поле свойственно лишь планетам с быстрым вращением и мощной атмосферой. К таким планетам относится только Земля и планеты-гиганты. Наличие мощного магнитного поля у Юпитера и Сатурна подтверждено не только прямыми замерами космических зондов, но и заснятыми полярными сияниями в атмосферах этих планет. Плотная атмосфера есть и на Венере, но вращается она медленно и обратно вращению других планет. Возможно, эта аномалия тоже вызвана наличием вихревого облака пыли и газа в солнечной системе, неоднородное вращение слоёв которого, сопровождаемое падением вещества на планеты, вполне может затормозить и даже направить вспять вращение планет, расположенных возле Солнца. Это объяснит не только обратное вращение Венеры, но и то, почему её атмосфера опережает вращение самой планеты [5]. Как для Солнца, это вызвано падением метеорных потоков, поддерживающим ускоренное вращение атмосферы, вопреки трению (рис. 4).

Итак, видим, что механика вращения космических тел и вихревого движения их атмосфер служит ключом к пониманию их энергетики, грозовой и солнечной активности, природы их магнитного поля и его периодичной инверсии. Ведущую роль вихревого, коловратного движения в образовании галактик, звёзд, планет и выделяемого в них тепла понимали все учёные-классики и атомисты, включая Демокрита, Эпикура, Лукреция и Ломоносова, Менделеева. Да и древние славяне не просто так связывали Солнце и его светоизлучающую энергетику с крутящейся, вихревой спиральной структурой, называя словом Коло, что значит "круг", "движение по кругу", как в словах: колесо, кол, коловорот. Не зря тот же Белопольский, открыв век назад дифференциальное вращение Солнца, моделировал его с помощью крутящегося стеклянного шара, заполненного жидкостью. Выходит, нынешние учёные много потеряли, забыв об этих вихревых, гидромеханических моделях, не утративших актуальности по сей день. Впрочем, для описания плазмы (основной среды космоса) учёные всё же применяют гидродинамическое приближение. Остаётся применить этот подход и в науке о движении, энерговыделении Солнца. Грамотно связав простейшие законы электричества с законами термодинамики и вихревого движения, можно объяснить многие прежде загадочные феномены и пролить свет на вопрос о природе солнечного света и тепла.


Сергей Семиков


Литература:

1. Справочник необходимых знаний. М.: РИПОЛ-КЛАССИК, 2002.

2. Бестужев-Лада И. У истоков мироздания. М.: Детлит, 1987.

3. Солонский Ю.А., Хилов Е.Д. Солнце – загадки и открытия. Л.: Знание, 1989.

4. Семиков С.А. Загадочный пульс Солнца // Инженер №8, 2008.

5. Энциклопедический словарь юного астронома. М., 1986.

6. Бялко А.В. Наша планета – Земля. М.: Наука, 1989.

7. Мензел Д.Г. Наше Солнце. М.: Физматлит, 1963.

8. Филиппов А.Т. Многоликий солитон. М.: Наука, 1986.

9. Физика космоса. Маленькая энциклопедия. М.: Советская энциклопедия, 1986.

10. Тарасов Л.В. Физика в природе. М.: Просвещение, 1988.


Дата установки: 03.02.2011

[вернуться к содержанию сайта]







Похожие:

Солнечные циклоны icon«Солнечные дети»
Кокорева Т. В. первый заместитель начальника Департамента социальной защи­ты населения Ивановской области
Солнечные циклоны iconДокументы
1. /Фаренбрух А. Солнечные элементы.Теория и эксперимент. 1987.djvu
Солнечные циклоны iconДокументы
1. /МРБ 0396. Глиберман А.Я., Зайцева А.К. Кремниевые солнечные батареи.djvu
Солнечные циклоны iconН а о 3 9 класс
Почему происходят солнечные и лунные затмения ? Какое затмение продолжается дольше – солнечное или лунное ? 3 балла
Солнечные циклоны iconВ небе, в зоне высоких орбит
Закатные солнечные лучи отражались в стёклах соседней девятиэтажки и яркими стаями залетали в комнату, щедро заливая её красномедным...
Солнечные циклоны iconА. Карр. Это не моя вина
Бог огляделся вокруг. И, будучи всевидящим, Он увидел все. Он увидел Вселенную; Он увидел супергалактики, и галактики, и солнечные...
Солнечные циклоны icon1. Если цитата сопровождается словами автора, то оформляется как прямая речь: Д. Лихачев утверждает: «Память — это преодоление времени, преодоление смерти»
«Люди с талантом быть счастливыми — солнечные люди», — утверждает психолог В. Леви
Солнечные циклоны iconHttp://dolgoprudnyj narod ru информационно-развлекательный портал
За рекой, до самого горизонта, простираются заливные луга. Первые солнечные лучи золотят верхушки деревьев, играют в наполненных...
Солнечные циклоны iconЗдравствуй, солдат российской армии!
Меня зовут Аня. Учусь я хорошо, вроде, выхожу отличницей. Мне нравится учиться, познавать что-то новое и интересное. Но, несмотря...
Солнечные циклоны iconМ. А. Сайфуллин, врач-педиатр клинической инфекционной больницы №1, г. Москва Оказание помощи детям, получившим солнечные ожоги или тепловой удар
Поэтому медицинские работники дошкольных учреждений должны не только знать правила профи­лактики и первой помощи при солнечных ожогах...
Разместите кнопку на своём сайте:
Документы


База данных защищена авторским правом ©podelise.ru 2000-2014
При копировании материала обязательно указание активной ссылки открытой для индексации.
обратиться к администрации
Документы

Разработка сайта — Веб студия Адаманов