Знаете ли вы, что Солнце периодически уходит в «спячку»? Правда, разбудить светило после такого сна человечеству было бы крайне сложно, хотя, возможно, лучше и не пытаться. Если вспомнить ледниковые периоды, становится ясно: нашу планету постоянно подстерегают опасности, от которых мы никак не застрахованы.
Сегодня мы подробно разберёмся, как работает наше светило, из чего оно состоит и какие тайны скрывает. Главное — мы выясним, как эти тайны влияют на повседневную жизнь на Земле. Что на самом деле происходит во время магнитных бурь и почему они стали такими частыми в последнее время? Как так вышло, что полярное сияние может быть видно даже в южных широтах? И что это за солнечный ветер, который постоянно дует от нашей звезды?
Солнце: жёлтый карлик белого цвета
Прежде чем начать, определимся с терминами. Солнце относится к типу жёлтых карликов. Звёзды этого класса в среднем живут около 10–13 миллиардов лет, пока не истощится их топливный запас.
Обратите внимание: Солнце лишь классифицируется как «жёлтый карлик», однако считать, что оно светит жёлтым светом, в корне неверно. На Земле наша звезда кажется жёлтой, а во время заката и рассвета переливается от оранжевого до красного. Всё дело в атмосфере, которая играет роль фильтра. Это происходит в результате рассеивания частиц и преломления света различной длины волн. А вот в космосе, за пределами атмосферы, Солнце для человека выглядит белым.
Небольшое отступление: сейчас мы говорили лишь о видимом для человека спектре. На самом деле Солнце излучает энергию во всех частях электромагнитного спектра — начиная от крайне коротких длин волн, таких как гамма-лучи и рентгеновское излучение, и заканчивая крайне длинными волнами: микроволновым излучением и радиоволнами.
Рождение звезды
Солнце сформировалось примерно 4,6 миллиарда лет назад из газопылевого облака. Оно составляло часть межзвёздного облака в галактике Млечный Путь.
Процесс формирования Солнца произошёл в несколько этапов. Началось всё со сжатия материи в определённой области межзвёздного облака. Частицы газа (в основном водорода) и различные пылинки начали сближаться и слипаться под действием гравитации.
После этого в центре образовался густой протосолнечный диск. Вращающаяся масса постепенно начала напоминать форму шара, материя продолжала слипаться, а плотность возрастала. (Приставка «прото» означает «первый», «первоначальный», «первооснова».)
Когда в центре новорождённой звезды плотность стала высокой, гравитация вызвала повышение давления и температуры. Это привело к началу термоядерных реакций, где водородные ядра сливались в гелий, высвобождая огромное количество тепла и света. Это и есть момент рождения нашей звезды.
Из той части облака, которая не участвовала в формировании Солнца, образовался протопланетный диск. Из этого диска в дальнейшем сформировались все планеты нашей системы.
В других звёздных системах иногда достаточно материала для формирования двух или даже трёх звёзд на начальных стадиях. На самом деле такие системы встречаются в реальности довольно часто. Например, двойная система Сириус A и B, а также тройная система Альфа Центавра.
Размер и масса: гигант Солнечной системы
Давайте разберём Солнце по частям, измерим и выясним состав и структуру нашего светила. А главное — выясним, какие процессы происходят в нём и на его поверхности.
Начнём с размеров. Солнце почти в 110 раз больше Земли по объёму. Его масса в тысячу раз превосходит массу всех планет Солнечной системы вместе взятых.
Если на одну чашу весов положить Солнце, то на другую, чтобы уравновесить, нужно будет положить 332 940 масс Земли. В килограммах это будет 1,9885×10³⁰, или 1 988 500 000 000 000 000 000 000 000 000 килограммов. В общем, вы поняли: в Солнце содержится почти вся масса всей Солнечной системы.
Хотите ещё занимательных цифр? Радиус нашей звезды составляет 695 000 километров. Общая длина экватора — 4 370 000 километров.
Иначе говоря, если бы вы решили обойти Солнце пешком по поверхности, то вам потребовалось бы более 100 лет непрерывной ходьбы без сна и еды. Для примера: Землю в теории можно обойти за год. Хотя идея ходить по поверхности Солнца, мягко говоря, сомнительна.
Солнечный ветер
Солнце постоянно испускает поток заряженных частиц, известный как солнечный ветер. Этот ветер может достигать скорости до 900 километров в секунду и расширяется на миллионы километров в космосе.
Но чтобы разобраться подробно в этом интересном явлении и понять, как этот ветер влияет на нас на Земле, нам нужно изучить состав и структуру Солнца.
Химический состав светила
Солнце мало чем отличается от типичных звёзд. В основном оно состоит из газов, а именно на 73% из водорода и 25% гелия. Эти два элемента являются основными источниками энергии благодаря термоядерным реакциям, происходящим в его ядре.
Но также в его состав входят и другие элементы, такие как кислород, углерод, неон и железо. Эти элементы играют важную роль в физических и химических процессах, происходящих в звезде, хотя и составляют менее 2% от массы. Кислород составляет примерно 0,8% массы Солнца, углерод — около 0,3%, неон — около 0,2%, а железо — около 0,1%.
Солнце также содержит малые, но заметные количества более тяжёлых элементов, таких как магний, кремний, сера и другие.
Состав нашего Солнца, полученный через анализ солнечного спектра, по сути является основой для понимания химической эволюции Вселенной. Солнце считается типичной звездой среднего возраста и состава, поэтому его химический состав является эталоном для сравнения с другими звёздами.
Структура Солнца: от ядра до короны
Солнце имеет сложную структуру, состоящую из нескольких слоёв. Грубо её можно разделить на внутреннюю и внешнюю оболочки.
Внутренняя оболочка
Ядро: термоядерная печь. Самой важной и центральной частью Солнца является ядро. Там происходят ключевые процессы, обеспечивающие свет и тепло, которые мы получаем на Земле.
По размерам ядро Солнца — это примерно 20–25 процентов его радиуса и почти половина массы из-за высокой плотности, а именно 150 000 килограммов на кубический метр. Что в 150 раз превышает плотность воды на Земле.
Только представьте: чайная ложка этого вещества будет весить чуть меньше одного килограмма!
Температура ядра может достигать 15 миллионов градусов Цельсия. Кстати, на Земле мы уже способны создавать температуры, превышающие даже те, что в центре Солнца, например, в установках термоядерного синтеза.
Как работает ядро Солнца
В ядре происходит термоядерный синтез. Это значит, что ядра водорода сталкиваются и сливаются, образуя гелий. Это похоже на то, как если бы вы сжимали два маленьких шарика, и они превращались в один большой.
При этом выделяется огромное количество энергии, главным образом в виде света (гамма-лучей) и маленьких частиц (нейтрино).
Каждый грамм водорода, превращённый в гелий, выделяет много энергии — достаточно, чтобы нагреть воду для множества чашек чая. Эта энергия постепенно поднимается наружу и в конце концов достигает поверхности Солнца, откуда светит в космос.
Гамма-лучи — очень энергичные частицы света, которые многократно поглощаются и переизлучаются, прежде чем выйти наружу. Это путешествие занимает тысячи лет.
Нейтрино — очень маленькие и лёгкие частицы, которые почти ни с чем не взаимодействуют и сразу покидают ядро. Изучая нейтрино, учёные могут узнать, что происходит в центре Солнца.
Солнце теряет массу, превращая её в энергию, но у него так много водорода, что оно будет светить ещё около 5 миллиардов лет. Сейчас Солнцу примерно 4,6 миллиарда лет, так что оно в самом расцвете сил. Короче говоря, на наш век хватит.
Давление от термоядерных реакций уравновешивает гравитационное сжатие. Это как если бы воздушный шар не сдувался и не надувался, а оставался всегда одинакового размера. Называется это гидростатическое равновесие.
Зона лучистого переноса
После ядра располагается так называемая зона лучистого переноса. Это область внутри Солнца, где энергия переносится в виде излучения.
Фотоны взаимодействуют с частицами, и в результате таких столкновений энергия фотонов может быть поглощена и снова переизлучена в других направлениях. Этот процесс известен как радиационный перенос.
И что особенно поражает — свет, который мы видим сейчас, мог зародиться в недрах Солнца ещё задолго до появления человечества.
Как же так, спросите вы? Ведь учитывая расстояние до нашего светила, свет от него до Земли должен лететь всего 500 секунд, или 8 минут!
Но здесь речь идёт о том, как быстро многократно переизлучённый фотон, изначально возникший в ядре, достигает следующего слоя. Согласно современным моделям, на это в среднем требуется около 100 тысяч лет.
Конвективная зона
Следующий слой называется конвективной зоной. Из названия следует, что это область внутри Солнца, где энергия перемещается благодаря конвекции, то есть происходит перемещение горячих и холодных масс.
Когда энергия из ядра доходит до конвективной зоны, она встречает условия, где уже не может передаваться просто излучением. Там плазма либо слишком горячая, либо недостаточно плотная. В результате горячая плазма поднимается вверх, потому что она легче, достигает верха, остывает и тяжелеет, затем опускается вниз.
Это похоже на кипящую воду в кастрюле: вода нагревается снизу, поднимается вверх, охлаждается и снова опускается. Так и в Солнце это движение создаёт циркуляцию, которая помогает распределить тепло
В результате этого на поверхности Солнца, в фотосфере, видны структуры, называемые гранулами. Это маленькие ячейки размером около 1000 километров каждая, где горячий газ поднимается в центре и опускается по краям. Гранулы меняются каждые несколько минут.
Конвективная зона играет важную роль в транспортировке тепла от ядра Солнца к его поверхности. Но она также приводит к образованию солнечных пятен, вспышек и других структур на поверхности Солнца, которые, в свою очередь, могут влиять на Землю.
Внешняя оболочка: атмосфера Солнца
Далее переходим к внешней оболочке Солнца, или, иначе говоря, к атмосфере светила. Она состоит из трёх слоёв: фотосферы, хромосферы и короны.
Фотосфера: видимая поверхность
Фотосфера — это видимая поверхность Солнца. Толщина её примерно 500 километров, а температура — 5500 градусов Цельсия. Она представляет собой слой, в котором формируется непрерывный свет видимого спектра. Также она даёт основную часть излучения звезды. Именно её мы и видим с Земли.
В фотосфере появляются солнечные пятна — тёмные области с более низкой температурой и сильными магнитными полями.
Хромосфера: цветная оболочка
После фотосферы расположена оболочка хромосферы. Название «хромосфера» происходит от греческого слова «хромос», что означает «цвет». Она не так ярка, как фотосфера, поэтому её нельзя увидеть невооружённым глазом. Однако во время солнечного затмения или с помощью специального солнечного телескопа можно увидеть её свечение.
На данный момент учёные изучают хромосферу, чтобы понять, какие процессы в ней происходят и как они влияют на нашу жизнь на Земле. Температура хромосферы составляет от 4 до 25 тысяч градусов.
Солнечная корона: загадочный венец
В завершение внешней оболочки красуется солнечная корона. Её верхняя граница до сих пор не установлена, и видимый эффект «короны» поднимается над поверхностью на расстояние до 20 радиусов звезды — на миллионы километров в космос.
Этот слой состоит из крайне разреженной плазмы, то есть раскалённого газа, состоящего из ионов и свободных электронов.
Один из самых удивительных аспектов короны — это её высокая температура: от 1 до 3 миллионов градусов Цельсия.
Учёные до сих пор полностью не понимают, почему корона настолько горячее, чем нижние слои Солнца. Основная теория объясняет это явление тем, что ионы ускоряются до огромных энергий под воздействием магнитного поля Солнца.
Корона обычно невидима с Земли, так как затмевается ярким светом фотосферы. Она становится видимой во время полного солнечного затмения, когда Луна закрывает фотосферу, и корона выглядит как яркий ореол вокруг Солнца.
Солнечный ветер: поток из короны
Именно в короне формируется солнечный ветер. Это поток заряженных частиц, в основном протонов и электронов, выбрасываемых с поверхности Солнца в межпланетное пространство. Этот поток исходит из солнечной короны и распространяется по всей Солнечной системе.
Бывает два вида солнечного ветра: медленный и быстрый. Скорость первого составляет 300–500 километров в секунду, второго — от 700 до 900 километров в секунду. Температура достигает полмиллиона градусов Цельсия.
При скорости порядка 450 километров в секунду Землю такой поток в среднем достигает за 5–6 дней.
Кстати, именно солнечный ветер при взаимодействии с магнитосферой Земли вызывает геомагнитные бури, обычно стимулированные вспышками на Солнце.
Солнечные вспышки
Солнечные вспышки — это мощные взрывы на Солнце, которые выбрасывают огромное количество энергии и материи в космос. Они могут значительно усилить солнечный ветер, создавая условия для сильных геомагнитных бурь на Земле.
Но солнечный ветер вызывает не только геомагнитные бури. Есть ещё и красивый эффект в виде полярного сияния.
Геомагнитные бури и полярные сияния
Геомагнитные бури и полярные сияния — это разные явления, но они могут быть связаны между собой. Давайте разберём оба.
Геомагнитные бури — это возмущения и временные изменения в магнитном поле Земли, которое взаимодействует с ударной волной из частиц солнечного ветра. Они могут вызывать различные явления, такие как помехи в работе электрических систем, изменения в работе спутников связи и навигации, а также красивые полярные сияния. Длиться они могут от нескольких часов до нескольких суток.
Полярное сияние
Полярное сияние — это явление, при котором свечение возникает вблизи полюсов Земли. Причиной полярного сияния является взаимодействие заряженных частиц с верхними слоями атмосферы Земли, вызванное именно солнечным ветром. Возникает оно на высотах от 100 до 200 километров.
Полярное сияние может иметь различные цвета в зависимости от типа атомов и молекул, с которыми взаимодействуют заряженные частицы.
К примеру, зелёный цвет возникает при взаимодействии электронов с атомами кислорода на высотах около 100 километров, а красный — на высоте около 200 километров над поверхностью Земли.
Другие цвета, такие как синий и фиолетовый, возникают при взаимодействии с атомами азота.
Интересно, что чем сильнее буря, тем интенсивнее полярное сияние, и как следствие, оно может возникнуть ниже полярных зон, вплоть до экватора. И, конечно, чем сильнее буря, тем более разнообразными становятся цвета полярного сияния.
Кстати, неоновые лампы в целом основаны на аналогичном принципе. Электрический ток в неоновых лампах вызывает возбуждение атомов газа, что приводит к излучению света.
Бури прошлого и настоящего
В истории наблюдений за Солнцем геомагнитные бури не такое уж редкое явление. Люди, живущие где-нибудь за полярным кругом, подтвердят, что сияние — довольно частое зрелище.
Но что насчёт полярных сияний на широте экватора, к примеру, на Карибских островах? Или телеграфов, работающих без электричества? Сейчас мы расскажем про мощнейшую за историю наблюдений геомагнитную бурю 1859 года.
Событие Кэррингтона
Солнечный супершторм был назван событием Кэррингтона в честь английского астронома Ричарда Кэррингтона, который сыграл ключевую роль в его открытии и описании.
В 1859 году Кэррингтон, внимательно изучая Солнце через свой телескоп, обнаружил гигантское солнечное пятно и зафиксировал первый научно задокументированный случай вспышки на Солнце. Эта вспышка оказалась началом очень мощного геомагнитного шторма на Земле.
(Кстати, настоятельно не рекомендуется смотреть на Солнце в телескоп без специального фильтра.)
В результате вспышки 1 и 2 сентября началась крупнейшая в истории регистрации геомагнитная буря. Сообщалось, что это привело к отказу телеграфных систем по всей Европе и Северной Америке. Северные сияния были видны даже над Карибами. Интересно, что в некоторых местах сияние было настолько сильным, что даже ночью люди подумали, что вдруг наступило утро.
Последующие научные работы, основанные на анализе ледяных проб с полярных шапок, показали, что события подобной интенсивности происходят примерно раз в 500 лет.
Бури XX века
Событие Кэррингтона не единственная сильная буря. Менее мощные происходили и в 1921 году, и в 1950-х годах. Они также сопровождались массовыми сбоями в радиосвязи.
Последняя серьёзная буря прошлого была 13–14 марта 1989 года. Пик пришёлся на Квебек в Канаде. В регионе наблюдались массовые сбои в энергосистеме, что привело к отключению электричества на 9 часов.
Произошли также нарушения радиосвязи во всём мире, сбои в работе космических аппаратов, а полярные погодные спутники NASA потеряли управление на несколько часов. Полярные сияния были видны на широте Мексики, в том числе в СССР в европейской части.
События XXI века
Буря огромной мощности произошла относительно недавно. 23 июля 2012 года на Солнце произошёл чрезвычайно мощный выброс корональной массы. Измерения космической обсерватории NASA — STEREO-A — показали, что мощность события соответствовала магнитуде солнечного супершторма 1859 года. К счастью, выброс пришёлся мимо Земли, ведь ущерб, который мог бы быть вызван, оценивался бы в триллионы долларов.
В мае 2024 года произошла одна из крупнейших за всю историю наблюдений и самая мощная геомагнитная буря в этом веке. Причём выбросов было сразу несколько. Пятна на Солнце были сопоставимы с размерами бури 1859 года.
Обычно сила бури оценивается по шкале от G1 до G5. Майский супершторм достиг максимального уровня шкалы — G5. Выброс был настолько мощный, что полярные сияния наблюдались ниже 40 градусов северной широты: в Техасе, Нью-Йорке, всех странах Европы, а также по всей территории России, в том числе на Кавказе. Сама же буря длилась два дня.
Прогнозирование и защита
Вы спросите, как насчёт прогнозов таких явлений, чтобы хоть как-то к ним подготовиться?
Дело в том, что учёные только начинают понимать природу нашего светила. Пока прогнозировать космическую погоду едва ли получается, и от подобных сценариев мы не застрахованы, но минимизировать потери от подобных событий возможно.
На сегодняшний день за поведением Солнца следят по меньшей мере четыре спутника. Аппараты в реальном времени передают изображения, и учёные составляют карты активных мест, где может произойти очередная вспышка.
В случае повторения сильной бури учёные смогут заранее предупредить энергетические компании, чтобы те перераспределили нагрузку таким образом, чтобы сильные помехи не нарушили работу энергосистем.
Так что, скорее всего, в тёмные века солнечные вспышки нас погрузить не смогут. А вот проблем со спутниковой связью и вообще для спутников создать они, конечно, могут массу.
Циклы солнечной активности
Но почему же в одно время вспышки на Солнце появляются чаще, а в другое их почти нет? Что приводит к этим периодическим изменениям активности?
Всё дело в поведении светила, а именно в циклах солнечной активности.
11-летний цикл
Учёные заметили интересную закономерность. Примерно каждые 11 лет происходит изменение в активности Солнца. Исследователи поделили цикл на несколько фаз: минимум солнечной активности, переходную фазу и солнечный максимум.
Один из самых явных показателей солнечной активности — это количество солнечных пятен.
Минимум солнечной активности
Период минимальной солнечной активности характеризуется наименьшим количеством пятен на поверхности. Этот этап может продолжаться от нескольких месяцев до нескольких лет.
Кстати, как раз это и можно назвать «спячкой» Солнца. Один из примеров таких периодов был своеобразным малым ледниковым периодом.
Во время так называемого Маундеровского минимума (1645–1715 годы) почти не наблюдалось солнечных пятен, что совпало с периодом очень холодных зим в Европе и Северной Америке.
Переходная фаза и максимум
Затем наступает переходная фаза, когда активность Солнца начинает постепенно увеличиваться, подготавливаясь к максимуму. В этот период наблюдаются изменения в активности.
Наконец, на третьей фазе наступает максимум, характеризующийся пиком солнечной активности, когда количество солнечных пятен, вспышек и корональных выбросов достигает максимума. Этот период также может длиться несколько лет.
История наблюдений
Первый зарегистрированный цикл солнечной активности датируется мартом 1755 года и завершился в июне 1766 года.
На данный момент идёт 25-й задокументированный цикл. Начался он приблизительно в декабре 2019 года. Этот цикл развивается быстрее, чем ожидалось, с большим количеством солнечных пятен и повышенной солнечной активностью.
Текущая ситуация на 2026 год
По состоянию на начало 2026 года Солнце находится на пике своего активного цикла. Последние наблюдения указывают на то, что светило проходит через наиболее бурную фазу. С начала 2025 года геомагнитные возмущения наблюдались уже 69 дней, что превышает показатели за последние десять лет.
Последние четыре года количество вспышек на Солнце растёт. Так что, скорее всего, недавние световые эффекты в ночном небе не последние. Пик солнечной активности, согласно прогнозам учёных, пришёлся на конец 2024 — начало 2025 года и продлится до конца 2025 — начала 2026 года.
В феврале 2026 года на Солнце произошла вспышка уровня X8.1, ставшая третьей по силе в текущем цикле. Это подтверждает прогнозы о продолжающейся высокой активности светила.
Астрофизики предупреждают: хотя пик активности уже достигнут, Солнце не сворачивает свою «взрывную деятельность» резко. Чисто статистически вспышки будут продолжаться и, возможно, к концу 2026 года потихоньку пойдут на спад. Но это предполагается только исходя из статистики — Солнце есть Солнце, и оно с нами не советуется.
Долгие циклы
Хотя мы и рассмотрели солнечные циклы, которые мы научились относительно неплохо прогнозировать, цикл в 11 лет не предел. Встречались и циклы, которые длились в два раза дольше, и даже те, что шли тысячи лет.
Процессы, определяющие солнечную активность и её циклические изменения, связаны с внутренними явлениями в ядре Солнца и его внешних оболочках. Но на данный момент ответить на вопрос, почему именно это происходит, научное сообщество пока не готово.
Известно лишь, что солнечная активность является результатом комбинации сложных физических процессов, таких как уже описанная конвекция, взаимодействия магнитных полей и других.
Мы пока не умеем моделировать настолько сложные и глобальные системы, да и данных у нас пока маловато.
Энергия Солнца
Солнце постоянно испускает огромное количество энергии. Ежесекундно звезда вырабатывает 3,827×10²⁶ Вт (3 827 000 000 000 000 000 000 000 000) чистой энергии.
Это настолько огромное число, что оно превосходит всю потребляемую энергию на Земле во много раз. Эта энергия из ядра Солнца распространяется по всему его объёму и в итоге доходит до поверхности, откуда испускается в космос в виде света и тепла. Ядро буквально кипит от термоядерных реакций, превращая водород в гелий.
Заключение
Знание о том, что Солнце периодически уходит в «спячку», может показаться удивительным аспектом нашей космической реальности, но это также напоминает нам о постоянном потенциале непредсказуемых событий во Вселенной.
Наблюдая за сложными танцами солнечных циклов и их влиянием на наш мир, научное сообщество неустанно расширяет свои горизонты. Умы учёных работают над тем, чтобы предсказывать солнечную активность и защищать нас от её капризов.
Каждое новое событие, подобное супершторму 1859 года, буре 2012 года или мощным вспышкам мая 2024 и февраля 2026 года, напоминает нам о необходимости непрерывного исследования и готовности к экстремальным солнечным событиям.
Только через дальнейшие исследования мы сможем раскрыть тайны, лежащие в основе солнечной активности, и разработать эффективные стратегии противодействия потенциальным угрозам.
В нашем стремлении к познанию солнечного двигателя цивилизации мы можем открыть новые горизонты знаний и умений, которые помогут нам лучше защищаться и приспосабливаться к переменам в окружающем мире. Каждое новое открытие приближает нас к пониманию того, как наша звезда работает и как её активность формирует условия жизни на Земле.
