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.

 

Кометы

Наряду с девятью планетами у Солнца есть другая свита, образующая одно из самых роскошных украшений солнечной системы и вместе с тем хранящая немало тайн, — кометы. Они могут быть разделены на два класса — периодические и однократные. Периодические кометы имеют правильные, хотя и сильно вытянутые эллиптические орбиты, афелии которых рассеяны за орбитой Марса. Они делятся на короткопериодические (например, комета Энке с периодом 3,3 года) и долгопериодические (например, комета Галлея с периодом 78 лет).

Короткопериодические кометы относятся главным образом к многочисленному «семейству» Юпитера, так как их афелии лежат вблизи его орбиты. По-видимому, очень давно они пролетали поблизости от этой гигантской планеты, притяжение которой превратило их траектории в замкнутые орбиты, простирающиеся от Солнца на расстояние 800 млн. км. Семья комет Сатурна меньше, чем Юпитера; и наконец немногие периодические кометы (включая знаменитую комету Галлея) достигают орбит Урана и Нептуна.

Однократные кометы загадочны и непонятны. Прилетая с далеких окраин солнечной системы, они только один раз огибают Солнце, а затем по гиперболической (не замкнутой) траектории удаляются в ту же таинственную пустоту, из которой прилетели. Предполагается, что некоторые из них или даже все кометы имеют огромные, но все же замкнутые орбиты, по которым они пролетают почти половину расстояния до следующей звезды, прежде чем повернуть назад, затрачивая много лет на один оборот.

Одна из тайн комет межзвездного происхождения — неисчерпаемость их запасов. Ежегодно наблюдаются десятки комет, а сотни и тысячи, вероятно, никем не регистрируются. На очень больших расстояниях от Солнца замерзшие газы в ядре кометы почти не нагреваются солнечными лучами и не испаряются, до тех пор пока комета не пересечет орбиту Марса. Хвост, который состоит из разреженных газов, выталкиваемых из головы кометы давлением солнечных лучей, образуется еще позднее. Поэтому, пока комета не подойдет к Земле ближе чем на 120 млн. км, она остается невидимой, если только не обладает исключительно большими размерами.

По подсчетам астрономов, вокруг Солнца обращаются тучи комет, исчисляемые миллионами, из которых мы наблюдаем ничтожную часть. Более того, траектории всех зарегистрированных непериодических комет сильно различаются, то есть каждый год прилетает совершенно новая «партия» комет.

Загадка 5. Откуда прилетают эти многочисленные кометы?

Один из возможных ответов следующий: в безмолвной холодной глубине межзвездного пространства беспорядочно витает множество осколков. Некоторые из них, состоящие из небольших метеорных тел, замерзших газов и осколков ледяных кристалов, под действием сил притяжения собираются вместе. Затем, испытывая слабое, но все же ощутимое притяжение со стороны нашего светила, они начинают свое тысячелетнее поломничество «в Мекку» — к Солнцу.

Другая гипотеза сводится к тому, что кометы породила гипотетическая планета Астероидия, некогда взорвавшаяся по неизвестным причинам (см. гл. V). Если у нее была частично замерзшая атмосфера, то очень большие куски твердых газов, перемешанных с обломками камней, могли быть выброшены в космическое пространство. Взрыв, расколовший планету, мог сообщить им достаточную скорость, для того чтобы они покинули солнечную систему. Осколки, которые приобрели скорость 34 км/сек[24]34  км/сек — «скорость убегания» из пределов солнечной системы с орбиты этой гипотетической планеты. —  Прим. ред.
, были потеряны навсегда, но бóльшая часть вещества, возможно, имела меньшую скорость и осталась в сфере солнечного притяжения. Из него-то и образовались кометы, блуждающие в кромешной тьме за Плутоном.

Еще одна гипотеза принадлежит известному английскому астрофизику Хойлу. Он исходит из того факта, что грандиозные извержения из фотосферы Солнца, по своим масштабам едва доступные человеческому воображению, — протуберанцы и вспышки — выбрасывают газообразное вещество на сотни и тысячи километров. Струи раскаленных газов могут быть «выстрелены» с поверхности нашего светила со скоростью убегания — 620 км/сек — в глубины пространства и быстро застыть, превратившись в типичные головы комет. Так как извержения повторяются непрерывно, запасы комет никогда не иссякнут.

Загадка 6. Будет ли разбита на куски наша Земля, если с ней столкнется какая-нибудь комета?

По мнению самых авторитетных ученых, такая опасность сильно преувеличена, так как кометы — это, образно говоря, «видимое ничто». Когда ядро кометы на пути к Солнцу минует орбиту Марса, вокруг него образуется ореол испаряющихся газов, которые ионизуются и ярко светятся. Эти газовые шары под действием усиливающегося солнечного излучения расширяются и могут превзойти по размерам Землю, но они остаются все же не чем иным, как «мыльными пузырями», окутывающими крошечное центральное ядро.

Двигаясь с большой скоростью, это массивное ядро может взорваться при ударе о Землю и даже разрушить какой-нибудь город, но никак не всю планету. Не сможет комета и столкнуть Землю с орбиты, как блоха не сдвинет с места слона.

Было и другое безосновательное опасение — будто бы хвост кометы, пройдя через земную атмосферу, отравит воздух, которым мы дышим. В 1910 г. Земля прошла сквозь хвост кометы Галлея, но в земной атмосфере не появилось серных паров или радиоактивного тумана, от которых люди «гибли бы как мухи»; никто не увидел и не почувствовал вкуса или запаха посторонних примесей в воздухе. Более того, даже ученые с их чувствительными приборами не обнаружили следов «заражения» земной атмосферы. Они и не могли надеяться на это, так как было бы замечательным достижением получить в лаборатории вакуум, в котором оставшийся газ был бы разрежен так же, как в хвосте кометы.

Оболочка головы кометы, состоящая из светящихся газов и называемая комой, окружает крошечное твердое ядро (меньше 150 км в диаметре); приближаясь к Солнцу, она часто увеличивается в размерах до 80 000 км. Сверхгигантская комета Холмса 1882 г. «раздула» свою голову до 1,5 млн. км в диаметре, что превышает диаметр Солнца, а хвост более чем до 300 млн. км. Из-за высокой разреженности газовой плазмы в комете солнечные лучи способны оказывать ощутимое давление и сдувать часть ионизованного вещества с головы кометы, образуя позади шарообразной комы сияющую полосу.

При движении кометы по орбите световое давление вызывает хорошо известное явление: ее хвост выгибается дугой и указывает в сторону, противоположную Солнцу. Но бывают исключения из этого правила.

Загадка 7. Почему хвосты некоторых комет указывают в сторону Солнца вопреки давлению солнечного излучения?

Очень часто это всего лишь оптическая иллюзия. Когда комета огибает Солнце и хвост ее образует громадную изогнутую светящуюся дугу, простирающуюся на 100–150 млн. км, конец его кажется направленным к Солнцу.

Другое объяснение опирается на недавно предложенную теорию, согласно которой солнечные вспышки выбрасывают в окружающее пространство облака плазмы, несущие в себе магнитное поле. Эти «магнитные пузыри» искажают правильное магнитное поле в межпланетном пространстве и изменяют движение частиц кометного хвоста, либо отталкивая, либо притягивая их в зависимости от знака электрических зарядов этих частиц. Разумеется, все это могло бы резко изменить ориентацию кометного хвоста.

Теперь давайте обратимся к другому случаю. Не так давно одна комета своим поведением прямо-таки повергла в изумление астрономов.

Загадка 8. Что случилось с кометой, бесследно исчезнувшей в 1959 году?

Комета, открытая 30 августа 1959 г. англичанином Алкоком, была охарактеризована им как «великолепная комета с хорошо развитой головой и огромным хвостом». Этот великолепный экземпляр был сфотографирован и наблюдался астрономами всего мира в течение следующей недели после открытия. 7 сентября она стала невидимой с Земли, так как огибала Солнце.

Десятки астрономов направили свои телескопы на ту область неба, где комета должна была появиться снова после прохождения перигелия, находившегося за Солнцем. Но тщетно. Она больше не появилась! Сбитым с толку наблюдателям оставалось только строить догадки о том, куда «исчезла» целая комета вместе со своим пышным хвостом.

По-видимому, была неверно рассчитана траектория и в действительности комета столкнулась с Солнцем и погибла в огненных вихрях. Хотя это был бы первый случай падения кометы за всю эпоху телескопических наблюдений, подобные катастрофы, несомненно, должны были происходить и раньше.

Быть может, подойдя к Солнцу ближе, чем обычно (кометы редко заходят внутрь орбиты Меркурия радиусом 58 млн. км), «нарушительница» была разорвана на куски притяжением Солнца, а осколки образовали околосолнечное кольцо, как у Сатурна.

А может быть, гигантский протуберанец, поднявшийся в это время с невидимой стороны Солнца, дотянулся до ядра кометы и только короткий космический фейерверк возвестил о ее гибели.

Но, что бы ни случилось на самом деле, Алкок пережил своего космического тезку, тогда как обычно кометы надолго переживают своих открывателей.