Что представляют собой солнечные пятна и почему они возникают?

На Солнце есть пятна. Речь идет не о косметических дефектах, а о темных участках на поверхности звезды, которые на самом деле являются мощными штормами. В этом материале рассматривается процесс формирования солнечных пятен, причины их темного цвета и роль этих явлений в прогнозировании космической погоды.

Что такое солнечные пятна?

Солнечные пятна — это темные области на поверхности Солнца (фотосфере), вызванные интенсивной магнитной активностью, исходящей из глубоких недр светила.

Для справки: Солнце представляет собой магнитную звезду, которую можно сравнить с невероятно горячей термоядерной печью. Внутри него бурлит электропроводящая плазма, подобно тому как кипит вода на плите. По мере вращения звезды глубоко внутри нее магнитные поля перекручиваются и сплетаются в пучки, из-за чего активность поднимается на поверхность в виде пузырей.

Когда формируется солнечное пятно, магнитное поле в этой области концентрируется и прорывается наружу, становясь примерно в 1000 раз сильнее, чем на остальной поверхности фотосферы.

Подобно тому как на Земле бывают штормы, на Солнце существует понятие «космическая погода». Эти магнитные бури, называемые солнечными пятнами, возникают естественным образом на протяжении многих столетий. Из исторических хроник известно, что древние китайские астрономы фиксировали их еще в 400 году до н. э. После изобретения телескопа Галилей и многие другие ученые продолжили систематические наблюдения.

Солнечное пятно состоит из двух частей: темного центра, называемого умброй, и более светлой области вокруг него — полутени (пенумбры). Полутень является своего рода внешней структурой. Иногда несколько пятен объединяются, имея общую полутень вокруг своих ядер.

Почему солнечные пятна кажутся темными?

Солнечные пятна выглядят темными, поскольку их температура ниже, чем у окружающих участков. Концентрированные магнитные поля настолько сильны, что препятствуют выходу тепла на поверхность Солнца. Из-за этого пятна на несколько тысяч градусов холоднее, чем окружающая фотосфера.

Тем не менее температура солнечного пятна все равно чрезвычайно высока. Для сравнения: температура поверхности Солнца (фотосферы) составляет 5800 градусов Кельвина, тогда как температура в солнечных пятнах — около 3800 градусов Кельвина.

Пятна выглядят темными только на фоне более ярких и горячих областей фотосферы. Если рассматривать одно пятно отдельно, оно все равно светилось бы ярче, чем полная Луна.

Как формируются солнечные пятна?

Магнитные поля Солнца можно представить в виде резиновых лент, натянутых от Северного полюса к Южному. По мере вращения Солнца эти «резинки» (магнитные поля) наматываются, запутываются, перекрещиваются, скручиваются и натягиваются, накапливая энергию. В какой-то момент магнитные поля «лопаются», поднимаются и прорывают поверхность.

Другая аналогия — бутылка газированного напитка, которую сильно потрясли. Давление внутри нарастает до тех пор, пока не происходит хлопок и выброс энергии.

Солнечные вспышки

Солнечные пятна — это зоны, где линии магнитного поля перепутаны или пересекаются. Когда это происходит, может случиться солнечная вспышка — внезапный выброс энергии. Иногда солнечные вспышки сопровождаются корональными выбросами массы — мощными потоками плазмы, устремляющимися в космос.

Это похоже на разрыв натянутой резиновой ленты: энергия высвобождается, и плазма разлетается в пространстве.

Солнечное излучение иногда может достигать атмосферы Земли, но магнитное поле планеты в основном защищает ее от воздействия солнечных выбросов. Тем не менее подобные явления могут временно выводить из строя спутники, системы электроснабжения и связи, а также создавать угрозу для космонавтов.

Как перемещаются солнечные пятна

Солнце вращается вокруг своей оси, как и Земля, поэтому пятна движутся вместе с ним. Если смотреть с Земли, область пятна перемещается с востока на запад.

Области, расположенные рядом с экватором Солнца, проходят путь с востока на запад примерно за две недели. Чем дальше пятно находится от экватора, тем больше времени ему требуется, чтобы пересечь видимый диск Солнца.

Сколько живут солнечные пятна

Солнечные пятна — это временные образования, похожие на штормы на Земле. Некоторые существуют всего несколько часов или дней, чаще всего — около недели. Однако известны крупные пятна, которые сохранялись на протяжении месяца и более.

Видео: Две недели жизни солнечного пятна. Видно, как оно появляется на диске Солнца и уходит из поля зрения. Источник: NASA Goddard.

Размер солнечных пятен

Некоторые пятна сопоставимы по размеру с Землей, а другие могут быть в десять раз больше! Их диаметр может достигать 80 000 километров. Солнечные пятна расширяются и сжимаются по мере своего перемещения по поверхности Солнца.

Длительность солнечного цикла

Исторические записи XVIII века показывают, что цикл солнечной активности составляет около 11 лет, хотя его продолжительность может варьироваться. Ученые называют пик активности «солнечным максимумом», а периоды наименьшей активности — «солнечным минимумом».

Подробнее о солнечных циклах и их значении можно узнать в соответствующих научных материалах.

Как солнечные пятна влияют на Землю?

Сами по себе солнечные пятна не оказывают прямого воздействия на Землю. Однако, как отмечалось выше, именно в зонах наиболее интенсивных пятен зарождается космическая погода, такая как солнечные вспышки и корональные выбросы массы.

• Заряженные солнечные частицы могут нарушать работу инфраструктуры, включая спутники, навигационные системы, связь и электросети.
• Считается, что низкая активность солнечных пятен может вызывать похолодание в определенных регионах Земли, а также влияет на интенсивность солнечной энергии.

Однако вопрос о том, насколько сильно это влияет на климат Земли, остается предметом научных дискуссий. На данный момент влияние человеческой деятельности является гораздо более очевидным и доказуемым фактором.