Со́лнечные пя́тна — тёмные области на Солнце, температура которых понижена примерно на 1500 К по сравнению с окружающими участками фотосферы. Наблюдаются на диске Солнца (с помощью оптических приборов, а в случае крупных пятен — и невооружённым глазом) в виде тёмных пятен. Солнечные пятна являются областями выхода в фотосферу сильных (до нескольких тысяч гаусс) магнитных полей. Потемнение фотосферы в пятнах обусловлено подавлением магнитным полем конвективных движений вещества и, как следствие, снижением потока переноса тепловой энергии в этих областях.
Изображение солнечного пятна, окруженного грануляцией (снимок Солнечного телескопа Даниэля К. Иноуэ, январь 2020).
Два пятна на Солнце, появившиеся 19-20 февраля 2013 года
Количество пятен на Солнце (и связанное с ним число Вольфа) — один из главных показателей солнечной магнитной активности.
Первые сообщения о пятнах на Солнце относятся к наблюдениям 800 года до н. э. в Китае.
Солнечные пятна 2022 года, №3004
Зарисовки пятен из хроники Иоанна Вустерского
бысть знамение на небеси, солнце бысть, аки кровь, и по нем места черны
— (1365 год)
бысть знамение в солнце, места черны по солнцу, аки гвозди, и мгла велика была
— (1371 год)
Возникновение солнечного пятна: магнитные линии проникают сквозь фотосферу Солнца
Пятна возникают в результате возмущений отдельных участков магнитного поля Солнца. В начале этого процесса трубки магнитного поля «прорываются» сквозь фотосферу в область короны, и сильное поле подавляет конвективное движение плазмы в гранулах, препятствуя в этих местах переносу энергии из внутренних областей наружу. Сначала в этом месте возникает факел, чуть позже и западнее — маленькая точка, называемая по́ра, размером несколько тысяч километров. В течение нескольких часов величина магнитной индукции растет (при начальных значениях 0,1 тесла), размер и количество пор увеличивается. Они сливаются друг с другом и формируют одно или несколько пятен. В период наибольшей активности пятен величина магнитной индукции может достигать 0,4 тесла.
Срок существования пятен достигает нескольких месяцев, то есть отдельные группы пятен могут наблюдаться в течение нескольких оборотов Солнца. Именно этот факт (движение наблюдаемых пятен по солнечному диску) послужил основой для доказательства вращения Солнца и позволил провести первые измерения периода обращения Солнца вокруг своей оси.
Только половина пятен живёт больше двух дней, и всего десятая часть — более 11 дней.
В начале 11-летнего цикла солнечной активности пятна на Солнце появляются на высоких гелиографических широтах (порядка ±25—30°), а с ходом цикла пятна мигрируют к солнечному экватору, в конце цикла достигая широт ±5—10°. Эта закономерность носит название «закон Шпёрера».
Группы пятен ориентируются приблизительно параллельно солнечному экватору, однако отмечается некоторый наклон оси группы относительно экватора, который имеет тенденцию к увеличению для групп, расположенных дальше от экватора (т. н. «закон Джоя»).
Средняя температура фотосферы Солнца около 6000 К (эффективная температура — 5770 К, температура излучения — 6050 К). Центральная, самая тёмная, область пятен имеет температуру всего около 4000 К, наружные области пятен, граничащие с нормальной фотосферой, — от 5000 до 5500 К. Несмотря на то, что температура пятен ниже, их вещество все равно излучает свет, пусть и в меньшей степени, чем остальная фотосфера. Именно из-за этой разницы температур при наблюдении и возникает ощущение, что пятна тёмные, почти чёрные, хотя на самом деле они тоже светятся, однако их свечение теряется на фоне более яркого солнечного диска.
Фотосфера Солнца в области, где располагается пятно, расположена примерно на 500—700 км глубже, чем верхняя граница окружающей фотосферы. Это явление носит название «вильсоновской депрессии».
Пятна — области наибольшей активности на Солнце. В случае, если пятен много, то существует высокая вероятность того, что произойдет пересоединение магнитных линий — линии, проходящие внутри одной группы пятен, рекомбинируют с линиями из другой группы пятен, имеющими противоположную полярность. Видимым результатом этого процесса является солнечная вспышка. Всплеск излучения, достигая Земли, вызывает сильные возмущения её магнитного поля, нарушает работу спутников и даже оказывает влияние на расположенные на планете объекты. Из-за нарушений магнитного поля Земли увеличивается вероятность возникновения северных сияний в низких географических широтах. Ионосфера Земли также подвержена флуктуациям солнечной активности, что проявляется в изменении распространения коротких радиоволн.
Множественные группы солнечных пятен: хорошо различимы тень и полутень. 16 мая 2000 года
Пятна классифицируют в зависимости от срока жизни, размера, расположения.
Локальное усиление магнитного поля, как было сказано выше, тормозит движение плазмы в конвекционных ячейках, тем самым замедляя вынос тепла на фотосферу Солнца. Охлаждение затронутых этим процессом гранул (примерно на 1000 °C) приводит к их потемнению и формированию единичного пятна. Некоторые из них исчезают через несколько дней. Другие развиваются в биполярные группы из двух пятен, магнитные линии в которых имеют противоположную полярность. Из них могут сформироваться группы из множества пятен, которые в случае дальнейшего увеличения области полутени объединяют до сотни пятен, достигая размеров в сотни тысяч километров. После этого происходит медленное (в течение нескольких недель или месяцев) снижение активности пятен и уменьшение их размеров до маленьких двойных или одинарных точек.
Самые крупные группы пятен всегда имеют связанную группу в другом полушарии (северном или южном). Магнитные линии в таких случаях выходят из пятен в одном полушарии и входят в пятна в другом.
Размеры групп пятен
Размеры группы пятен принято характеризовать её геометрической протяжённостью, а также количеством входящих в неё пятен и их полной площадью.
В группе может насчитываться от одного до полутора сотен и более пятен. Площади групп, которые удобно измерять в миллионных долях площади солнечной полусферы (м.с.п.), варьируются от нескольких м.с.п. до нескольких тысяч м.с.п.
Реконструкция солнечной активности за 11000 лет
Солнечный цикл связан с частотой появления пятен, их активностью и сроком жизни. Один цикл охватывает примерно 11 лет. В периоды минимума активности пятен на Солнце очень мало или нет вообще, в то время как в период максимума их может наблюдаться несколько сотен. В конце каждого цикла полярность солнечного магнитного поля меняется на противоположную, поэтому правильнее говорить о 22-летнем солнечном цикле.
Хотя в среднем цикл солнечной активности длится около 11 лет, бывают циклы длиной от 9 до 14 лет. Средние значения также меняются на протяжении столетий. Так, в XX веке средняя длина цикла составила 10,2 года.
Форма цикла непостоянна. Швейцарский астроном Макс Вальдмайер утверждал, что переход от минимума к максимуму солнечной активности происходит тем быстрее, чем больше максимальное количество солнечных пятен, зарегистрированное в этом цикле (т. н. «правило Вальдмайера»).
Начало и конец цикла
Нумерация циклов была предложена Р. Вольфом. Первый цикл, согласно этой нумерации, начался в 1749 году. В 2009 году начался 24-й солнечный цикл.
Существует периодичность изменения максимального количества солнечных пятен с характерным периодом около 100 лет («вековой цикл»). Последние минимумы этого цикла приходились примерно на 1800—1840 и 1890—1920 годы. Есть предположение о существовании циклов ещё большей длительности.
Анимации-схемы процесса зарождения солнечных пятен
Ученые NASA выявили огромное пятно на Солнце. По прогнозам, в ближайшие дни оно продолжит расти.
Наблюдения показали, что пятно перемещается по поверхности звезды. На следующей неделе (28 августа – 3 сентября) оно окажется направлено на нашу планету. Эксперты опасаются мощных геомагнитных бурь, способных вывести из строя энергосистемы и системы связи.
Точные размеры пятна неизвестны. Но оно настолько велико, что его можно увидеть с Марса (расстояние между Солнцем и Красной планетой, отметим, составляет около 230 млн км). Марсоход Perseverance наблюдал за пятном 17-20 августа, находясь в кратере Езеро, и даже сделал снимки.
Поскольку Марс находился с противоположной (относительно Земли) стороне Солнца, марсоход смог увидеть солнечной пятно на неделю раньше, чем земные наблюдатели. Ученые отметили, что снимки Perseverance отличаются низким разрешением. Тем не менее, пятно хорошо заметно на них в виде темной области на поверхности звезды, что говорит о его внушительной площади. Образование солнечных пятен связано с мощным магнитным полем. Оно препятствует поступлению горячего газа из недр на поверхность, поэтому образуется сравнительно холодная и темная область. Солнечные пятна связаны со вспышками и выбросами, которые, достигая Земли, вызывают геомагнитные бури. Мощные волнения способны нарушить работу спутников и вызвать проблемы со связью, также они опасны для метеозависимых людей, сообщает The Daily Mail. В июне 2022 года ученые провели наблюдения за гигантским солнечным пятном. За 24 часа оно вдвое увеличилось в размерах. Елизавета Шарман
Дневник
График вспышечной активности Солнца
Рентгеновское излучение Солнца вчера и сегодня по данным спутника GOES-16
Вспышки на Солнце сегодня
На Солнце произошло 10 вспышек класса С и выше :
Вспышки на Солнце вчера
На Солнце произошло 5 вспышек класса С и выше :
Как вспышки и пятна на Солнце влияют на погоду и здоровье человека?
Единственная солнечная обсерватория в России ведет круглосуточные наблюдения за главной звездой планеты. Научная деятельность обсерватории охватывает почти все приоритетные направления фундаментальных исследований современной астрономии, солнца и ее связи с землей. Больше всего ученых волнуют изменения в короне звезды и вспышки на ней. Как нагревается плазма короны, появляются, а затем исчезают пятна на солнце, ученые пока объяснить не могут. Зато, известно, что эти явления оказывают серьезное влияние на здоровье человека, погоду и в целом изменения климата земли, говорят астрономы.
«Северное сияние, которое жители Москвы и области наблюдали прошлым летом, результат вспышки на Солнце. Явления на Солнце также способны вызывать катастрофы, как это было, например, в 1989 году в Канаде. Из-за мощной вспышки, тогда из строя вышла вся энергосистема страны. Сначала вспышка появляется в виде маленького протуберанца, который затем резко вспыхивает. Последствия вспышек Земля ощутит уже через считанные минуты в виде магнитных бурь», – рассказывает астрофизик Светлана Гусева.
К вспышкам на Солнце особенно чувствительны люди с хроническими и психическими болезнями. В этот момент у них скачет давление, появляются резкие головные боли, коснуться это может и летящих в самолете людей. Некоторые люди чувствуют приближение бури заранее. Это проявляется в виде боли в суставах, повышения давления и общего ухудшения самочувствия. В группе риска находятся, прежде всего, люди, подверженные заболеваниям сердца и сосудов. Электромагнитная волна от вспышки вызывает помехи спутников. Погода на огненной звезде может вывести его из строя и даже «сбить» с орбиты. В пору повышенной активности, «горячий дружок» обеспечит перебои радиосвязи и электросистем, а точность GPS-сигнала может и вовсе сойти на нет. Прогнозы солнечной погоды возможно предсказывать только на короткие сроки от одного до трех дней. Астрофизики говорят, все из-за неравномерной и неустойчивой структуры Солнца.
«Солнце оказалось звездой переменной. На ней существует цикл, это цикл активности. Иногда на Солнце мы видим много пятен, иногда их мало. Солнце является и источником солнечного ветра. Яркое проявление этого солнечного ветра является северное сияние. Но не только они, часто солнечная активность приводит к возмущениям магнитного поля Земли. От активности Солнца во многом зависит космонавтика. Большие вспышки могут сильно навредить здоровью космонавтов. После такой информации они немедленно должны уйти в специальный отсек. Иначе можно получить мощную дозу радиации», – говорит руководитель Кисловодской горной астрономической станции РАН Андрей Тлатов.
Наблюдения последних нескольких столетий показывают, что активность Солнца меняется циклически с периодом в 11 лет. За это время количество пятен на поверхности Солнца постепенно растет, затем падает. Текущий цикл завершится в этом году. Это значит светило выходит из спячки и вероятность возникновения опасных корональных выбросов будет максимально высокой в 2024 году, уже в середине следующего цикла активности звезды, считают ученые. Хотя точно предсказать капризы звезды все же сложно. Как давно существуют подобные циклы и могут ли они меняться в принципе, для астрофизиков во всем мире – пока загадка. Случались и аномально долгие периоды спокойствия на Солнце, например в XVII веке. Тогда минимальное количество вспышек и пятен ассоциировали с похолоданием климата. Рост числа вспышек в нашу эпоху многие теперь связывают с глобальным потеплением. Есть и мнение, что возможно рост активности светила в последующие 10 лет может повысить температуры на Земле и ускорить изменение климата.
«Желтый карлик», такое прозвище придумали астрономы – чтобы эмоционально и даже интуитивно быть готовыми к причудам Cолнца. Обсерватория Cолнца находится на высоте 2000 метров над уровнем моря. Под прицелом девяти мощных телескопов все явления на Cолнце и оболочка Земли.
История горной астрономической станции РАН началась осенью 1948 года. Трофейный коронограф до сих пор работает словно часы. Его вывезли из Германии после войны. По инициативе тогда молодого астронома Мстислава Гневышева телескоп установили под Кисловодском, чтобы вести наблюдения за короной Солнца. Позже поставили еще 8 телескопов, чтобы обеспечить наблюдение за всеми слоями и областями Солнца. Место для строительства обсерватории выбирали вдали от цивилизации, чтобы было меньше пыли в воздухе, и больше солнечных дней в году. Плато под Кисловодском подошло идеально. Даже когда на плато спускается туман, за солнцем продолжают наблюдать с помощью радиотелескопа.
Важно, чтобы мощная оптика была направлена на диск Солнца. А наблюдения были непрерывными: и днем, и ночью. Ни одно пятнышко или даже самый маленький взрыв на самой близкой и горячей звезде – не должен миновать зоркого глаза астронома.
Те области фотосферы, где выходят сильные, в несколько тысяч гауссов, магнитные поля, и являются солнечными пятнами. Они выделяются потемнениями на общем фоне поверхности. Это вызвано тем, что магнитное поле подавляет конвективные движения вещества, поэтому снижается поток переноса тепловых энергий. В 1947 году зафиксирована самая большая группа солнечных пятен. Её максимальная площадь составила около 18 млрд. км², что больше размеров нашей планеты в 100 раз. Самая долговременная группа просуществовала в 1947 году 7 месяцев.
Известны периоды, когда Солнце вообще не имело пятен. Это случалось два раза: первый раз (минимум Шперера) с 1400 года по 1510 год, второй (минимум Маундера) – с 1645 года по 1715 год.
Так называется процесс выделения энергии в солнечной атмосфере. Он имеет взрывной характер. Вспышки затрагивают все слои атмосферы. Они бывают и в фотосфере, и в хроносфере, и в солнечной короне. За несколько минут вспышки высвобождается энергия в миллиарды мегатонн, если исчислять её в тротиловом эквиваленте. Выделенная энергия – это электромагнитное и корпускулярное излучения. Они превращаются в потоки, называемые солнечным ветром. Это очень ионизированные частицы, мчащиеся со скоростями 300-1200 км/с. До Земли они добираются за двое-трое суток.
https://youtube.com/watch?v=9OjL0sRg4Z0%3Ffeature%3Doembed
Из солнечной короны происходит выброс вещества посредством энергии, накопленной в активных областях звезды. Выброс состоит из плазмы, содержащей электроны и протоны с незначительным количеством кислорода и гелия. Внешне выброс выглядит, как гигантская петля. Её основания – одно или оба – сцеплены с солнечной атмосферой. Высокое магнитное поле при этом представляется скрученными в жгут силовыми линиями.
https://youtube.com/watch?v=Cc6iNy9QNmY%3Ffeature%3Doembed
Магнитное поле Солнца поднимает и удерживает над поверхностью более плотные и холодные (по отношению к короне) слои вещества. Это и есть протуберанец. При наблюдении они выглядят, как волокнистые или клочковатые структуры, или же постоянно движущиеся сгустки плазмы.
Влияние на Землю
Активность Солнца несомненно влияет и на нашу планету, и на её биосферу. Фактически, наша звезда определяет характер и ритм жизни планеты. Без неё существование Земли и жизни на ней невозможно, но оно же и главная опасность для них.
Земля хорошо защищена своим мощным магнитным полем, и именно оно отбивает атаки жёсткого облучения, вызванные вспышками нашего светила. Мы можем наблюдать следы этой борьбы в высоких широтах, где через полярные воронки магнитного поля просачиваются частички солнечного ветра. Они взаимодействуют с молекулами и атомами газов атмосферы Земли, вызывая красочные северные сияния.
Воздействие на человека
Но красоту полярных сияний дополняют магнитные бури, воздействующие на работу некоторых приборов, да и на организм человека. Ученый А. Л. ЧижевскийЧижевский, Александр Леонидович советский учёный, биофизик, философ, поэт, художник. ещё в 20-х годах понял, что солнечная активность влияет на возникновение заболеваний. Особенно явно это проявляется в сердечно-сосудистых заболеваниях. Эпидемии, поражавшие человечество в разные века, тоже укладываются в теорию учёного. Чижевским была составлена хронология эпидемий чумы с середины пятого века до конца девятнадцатого. Вспышки смертельной болезни пришлись на пики солнечной активности.
Учёные из Японии установили, что вспышки на Солнце могут изменить количество лейкоцитов в крови. Более того, с конца XIX по вторую половину ХХ веков среднее количество лейкоцитов уменьшилось в три раза. Это полностью совпало с интенсивностью солнечной активности. Магнитные бури, рождаемые взрывами солнечной активности, приводят к сбоям механизма свёртывания крови. Нервные заболевания учащаются и обостряются. Человек быстрее утомляется, а количество дорожных происшествий увеличивается. Это происходит из-за влияния магнитных бурь на биоритмы мозга человека.
Изучение солнечной активности привело к созданию новых наук: гелиобиологии и солнечно-земной физики. Они призваны исследовать взаимную связь земной жизни и климата с активными солнечными проявлениями, потому что солнечная активность – главный стимулятор жизненных процессов.
Воздействие на природу
Животный и растительный миры тоже зависимы от солнечной активности. Именно в их высшие значения саранча собирается в полчища, а рыбы увеличивают свою численность. Даже популяции соболей, когда активность Солнца на пике, растут.
Мировой океан изменяет свою температуру в зависимости от активизации светила. И это влияет на развитие морских растений и планктона.
Всплески солнечной активности вполне способны отрицательно повлиять на функционирование систем связи, линий электропередач. Нарушаются системы навигации авиационных и космических объектов, возникают вихревые токи в трансформаторах и проводниках.
https://youtube.com/watch?v=u_FAFAf3Iyo%3Ffeature%3Doembed
