О.Л. Чижевський – ЗЕМНЕ ВІДЛУННЯ СОНЯЧНИХ БУР частина 2

Глина IV чек. в 1851 р. Швабе (Schwabe) в Дессау оголосив про те, що зміни в числі сонячних плям настають періодично, причому визначив період 10 років. Згадане відкриття Швабе отримало цілком заслужене визнання у 1857 р., коли йому було присуджено золоту медаль Лондонського астрономічного товариства. Президент сказав у своїй промові з цієї нагоди: "Дванадцять років він [Швабе] витратив на задоволення своїх власних інтересів, шість наступних років на задоволення інтересів людства і, нарешті, Р і з 3. Кут положення сонячної осі і вид сонячного екватора Червоною лінією позначені. екваторе плями з'являються рідко. Рис. 4. Крива Вольфа Вольфера. Дессау без того, щоб Швабе не спрямував на нього свій незмінний телескоп, а це відбувалося, мабуть, у середньому днів 300 на рік. століть”. Те,що сонячні плями з'являються і зникають досить регулярно, саме по собі дійсно дуже цікаво, але це означає і щось більше, оскільки, очевидно, вказує на наявність деяких змін усередині Сонця, регулярних і періодичних за характером, що залежать від фізичних та механічних умов, які ще не цілком роз'яснені. Систематизацією спостережень за сонячними плямами, накопиченими за два з половиною сторіччя, зайнявся цюріхський астроном Р. Вольф (Rudolf Wolf, 1816 – 1893 рр.). Шляхом обробки всього залишеного спостерігачами матеріалу він отримав можливість прийти до встановлення більш точного періоду сонцедіяльності. Цей період дорівнював у середньому арифметичному одинадцяти роках1. У той же час Вольф визначив роки максимальної та мінімальної кількості плям – максимуми та мінімуми сонцедіяльності – за весь попередній період спостережень. Числа, отримані в результаті обробки спостережень, він називав відносними – г – і визначає їх для кожного дня спостережень за формулою г = К (lOg + f). де g означає число спостережень груп та окремих плям у певний момент часу, / – повне число плям, підрахованих у цих групах та окремо, К – коефіцієнт, що залежить від спостерігача та його труби.
Цією формулою користуються і досі, хоча, звісно, вона дозволяє висловити з досконалою точністю стан сонячної поверхности2. Цей стан визначається ще цілим рядом інших грандіозних утворень, так чи інакше пов'язаних з 68 плямами: величиною, числом і характером сонячних вивержень і протуберанців, флоккул, смолоскипів і т.д. кривою – це основні цикли діяльності Сонця, рівні в середньому арифметичному 11 років, але з індивідуальними ухиленнями від 11 років у той чи інший бік. Ці головні цикли сонцедіяльності виділяються найрельєфніше, і завдяки їм хід кривої плямоутворювального процесу набуває хвилеподібного характеру з поступовим чергуванням точок максимумів і мінімумів. Вибравши будь-який із цих циклів від точки мінімуму до точки наступного мінімуму, ми матимемо одну хвилю – один повний цикл сонцедіяльності, рівний, припустимо, 11 років. Розглядаючи хід цього циклу, ми зауважимо, що наростання максимуму відбувається не поступово, а стрибками. Іншими словами, крива від U 11 20 30 9 19 29 10 J0 30 9 19 29 9 19 29 8 18 28 8 18 28 7 17 27 6 16 26 6 16 26 5 152S 5 15 28 I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Рис. 6. Крива плямоосвітнього процесу за п'ятиденними періодами на рік максимуму – 1928 (за Внльфером) Рис. 5. Крива плямоутворювального процесу під п'ятиденними періодами в рік мінімуму – 1923 (по Вояьферу) Вихори сонячних бур 4Q точки мінімуму піднімається вгору до точки максимуму і знову опускається вниз до точки мінімуму не плавно, а зазнаючи численний ряд стрибків. Розміри цих стрибків у міру посилення плямоутворювального процесу зростають і зростають і в момент максимуму досягають своїх найвищих значень. Таким чином, хід хвилеподібної кривої плямоутворювального процесу виритий великою кількістю дрібних хвиль з гострими зубцями нагорі і глибокими, не менш іноді гострими, западинами внизу. З розгляду кривої плямоутворення видно, що вона лише віддалено нагадує синусоїду. У деталях ця крива схожа на добовий перебіг температури тифозного хворого, подібний до зубів напівкруглої пили. Тут спостерігаються різкі підйоми та падіння, зрушення та перебої. Все це дрібні коливання, з яких складається одне велике – 11-річний цикл сонцедіяльності. З розгляду цих стрибків-зубів легко, однак, побачити, що всі вони в міру руху циклу від мінімумудо максимуму поступово зростають у числі та висоті; це означає, що плями виникають на поверхні Сонця, все частіше і частіше з'являючись у більшій кількості та маючи велику тривалість життя. Отже, і кількість енергії, що випромінюється ними, в міру руху циклу від мінімуму до максимуму також поступово зростає шляхом стрибків. Ці стрибки у появі та зникненні плям, мабуть, і є винуватцями багатьох ефектів, що розвиваються на Землі залежно від плямообразования3. Ґрунтуючись на змінах в інтенсивності та кількості сонячних плям, ще Швабе, як ми бачили, вважав, що проміжок часу між максимумами дорівнює 10 рокам. Ламон обчислив ту ж величину і отримав для неї значення 10,43 року. Вольф період коливань числа плям вважав рівним 11,111 року із середньою мінливістю ±2,03 року. Ч. Юнг (Joung, 1834-1908 рр.) вважав, що справжній цикл плямообразования коливається не більше 12-14 років. А. Вольфер (A. Wolfer) вважає, що в середньому період плямоутворення дорівнює 11,124±0,030 року. С. Ньюкомб (S. New-comb. 1835-1909 рр.) прийняв його за 11,13 роки. Нарешті, 70 Розділ IV Майкельсон (A. Michelson. 1852-1931 рр.) схиляється визнати період вище 11,4, але Г. Тернер (H. Turner, 1861-1930 рр.) вважає, що зараз можна говорити лише про період 11,4 року. Шустер піддав гармонійному аналізу цифровий матеріал про плями
за 150 років. Згідно з його дослідженням, поруч із циклом в 11,125 року йде серія вторинних періодів, послідовний вступ яких і є причиною різних порушень, що спостерігаються в основному періоді. Ці другорядні періоди мають величини 4,38, 4,80, 8,36, 13,50 року. Досліджуючи питання про 11-річному періоді під час 1750 – 1900 рр., Шустер виявив, що у перші 75 років цей період розбивається на два: в 9,25 року й у 13,75 року, а загальному результаті 75 років він дорівнює 11,1 року. Цікаво відзначити, що Тернер зробив обробку грінвічських магнітних спостережень за період з 1841 по 1904 р., причому виявив, що окрім основного періоду, пов'язаного з сонячними плямами, існує ще Вихори сонячних бур 71 вторинний період 9,26 року. Бажаючи відкрити той же період у сонцедіяльності, Тернер розпочав переробку всіх даних Вольфа та Вольфера починаючи з 1610 року. Не знайшовши періодів 9,26 року, Тернер встановив, проте, наявність сонцедіяльності іншого періоду, саме у 13. років. Цей період відрізняється тим властивістю, що при невеликій інтенсивності досить добре виражений. Нарешті, Оппенгейм в '927 р. піддав числа Вольфа новому аналізу і виявив, що крива їх ходу виражається такою функцією: г = С + С2 cos [ф1 + I.xm – cos (тф1 – ет), Ф = 360 ° / П, 25і
V = 360 ° / 450. Таким чином, плямоутворення є явищем дуже складним. Тільки в середньому один пе – Р та с. 7. Середні широти Сонця (пунктирна крива ч) і середні площі плям (червона крива) з 1854 по 1912 р. На початку кожного нового сонячного циклу після мінімуму плями з'являються в найвищих широтах, в яких вони взагалі можуть зустрічатися, т. По "лері збільшення кількості плям від мінімуму до максимуму зона максиму іншої частоти плям зміщується до сон- чного екватора аж до ±30" широти, де плями остаточно згасають до мінімуму. Після настання міні пуму явища повторюються в колишньому порядку (за Spoerer) 72 Глава IV ріод дорівнює 11 років. Насправді ж тривалість його досягає іноді 17 років, а іноді лише 7. Також дуже суттєвим явищем у циклічному ході кількості сонячних плям необхідно визнати те, що назрівання максимуму, період його та його занепад не становлять щоразу чогось строго певного, а поступово варіюються внаслідок ще невідомих нам причин. Тож у справі визначення і більше передбачення будь-якої певної точки періоду слід бути надзвичайно обачним. Переломи в сонцедіяльності, що знаменують собою точки найвищого підйому та найменшого падіння, можуть бути визначені лишечерез кілька місяців, а іноді рік і більше шляхом звірення з даними про сонце-діяльність за більш-менш тривалий термін. Доступний поки що нам прогноз щодо визначення 11-річного циклу може бути дано лише з точністю 1-2 років, але і це в деяких випадках може вже дуже багато значить4. Крім спроб відкрити малі цикли сонцедіяльності, були зроблені дослідження з метою визначити, чи немає в сонцедіяльності і великих періодів. Ще Меран 1746 р., коли про періоди нічого не було відомо, вказав на можливе існування великих періодів у сонцедіяльності. Пізніше ту саму думку розділяв Луміс (Loomis). Вольф намагався знайти такий період, визначаючи його 55,5 року. Юнг припустив, що існує коливання в 60 років, яке приєднується до основного коливання в 11 років. А. Ганський визначив такі у 72 роки. М. Лок'єр (N. Lockyer) знайшов у сонцедіяльності період 35 років, а Шустер обчислив з допомогою методу періодограм цикли третини століття, рівні 33,375. До встановлення 33-річного періоду у діяльності Сонця прийшов і Ліцнар. Нарешті, Тернер знайшов можливим зробити висновок про існування тривалого періоду в 266 років. На думку цього вченого, кожні 266 років має місце великий макси- мум діяльності Сонця. Вольф у 1889 р. на підставі даних китайських середньовічних літописів про північнісяйво виділив кілька дат, які могли бути датами великих максимумів у сонцедіяльності. Вихори сонячних бур 73 Це були роки: 372, 840, 1078, ПЗЗ і 1372. Грунтуючись на роках 372 і 1372, в яких, згідно з його припущенням, мала місце особливо сильна напруженість діяльності Сонця, Вольф обчислив ряд великих періодів, а саме 88,33 та 66,67 року. Потім Вольф доклав ці цифри послідовно до 372 р., отримавши таким чином таблицю дат великих максимумів сонячної діяльності. Втім, зараз дати, намічені Вольфом, можна заперечувати. Але що таке плями? Чи розгадано в наші дні їхній "великий секрет", за словами Галілея? Можливо, ще немає, але й те, що нам стало відомо про плями і їхню природу за останні роки, достатньо для того, щоб скласти собі уявлення про велике значення сонячних плям для життя Землі. Над розгадкою природи сонячних плям билося чимало визначних умів. Перші спостерігачі гадали, що плями – це планети, найближчі супутники Сонця, що проходять біля його поверхні. Ця помилкова вистава була зруйнована Галілеєм, який у свою чергу думав, що плями – хмари, що плавають у сонячній атмосфері. Дергем вважав, що ці хмари походять від виверження сонячних вулканів. Ж. Лаланд приймав їх за вершинисонячних гір, що виступають серед океану вогню над поверхнею острова, що світиться, що лежить на центральному твердому ядрі Сонця. В. Гершель вважав, що плями – тимчасові отвори в хмарах, через які ми можемо бачити тему. Матеріалом, яким можна судити з відомим ступенем достовірності про епохи діяльності Сонця, є літописні записи про північні сяйва. Останні, як встановлено, у відомих широтах мають місце переважно тоді, коли Сонце переживає епоху максимуму. Іншими даними є великі сонячні плями, видимі неозброєним оком в епохи максимумів і відзначені літописцями (головним чином китайцями). Цей матеріал був розкиданий літописними склепіннями і хроніками різних народів. Систематизація даного матеріалу належить німецькому вченому Г. Фріцу (Н. Fritz), який вперше в 1893 р. пропрацював літописні дані про північні сяйва, про сонячні плями, видимі неозброєним оком, про градобити і врожаї. Через 25 років аналогічна робота була виконана Д. О. Святським у Росії. У його роботі було взято до уваги і російські літописи. 14 Розділ IV ну поверхню центрального ядра – кулі. Його син Д. Гершель дав плямам таке пояснення: плями суть величезні вихори, що сходять через атмосферу. Свого часу, починаючи з 1868 р., між собоюзмагалися дві теорії: теорія абата А. Секкі і теорія Е. Фая. Перший в основу своєї теорії поклав гіпотезу про сонячні виверження. Другою основою плямоутворення вважав сонячні бурі, а саму структуру плям – вихроподібною. Ця вихідна точка зору зберігає свою силу до теперішнього часу. Теорія Фая полягає в тому, що внаслідок відносного руху суміжних частин фотосфери утворюються круговороти, які перетворюються на циклони і вихори, подібні до тих вир, які відбуваються, коли швидка течія зустрічає на шляху перешкоди. Такі вири мають вигляд воронок, в яких тіло і повітря, що плавають, захоплюються в глибину. Подібним чином, як тоді припускав Фай, відбуваються земні циклони і торнадо. Вони починаються зверху і спускаються в атмосферу дедалі нижче, поки вершина вихору не досягне Землі. Подібного роду, але тільки колосальні вихори становлять, на думку Фая, сутність сонячної плями. Одним із заперечень, спрямованих проти теорії Фая, було таке: якщо плями – вихори, то вони повинні виявити вихровий рух. Крім того, всі плями на північ від екватора повинні обертатися в тому самому напрямку, проти годинникової стрілки, якщо дивитися з Землі; плями ж південної півкулі Сонця повинні обертатися у протилежному напрямку подібно до земних циклонів. Досліджуючи це питання, астрономи помітили, що лише незначний відсоток плям виявляє сліди.вихрового руху і часто різні члени однієї групи плям, навіть різні частини однієї й тієї ж плями, обертаються в протилежних напрямках. У той час ці спостереження могли лише похитнути теорію Фая, а тим часом вони саме і є найкращим доказом правоти його принципу про вихрову структуру плям. На допомогу теорії Фая прийшли електричні теорії плям. Гарячими захисниками вихрової теорії плям з'явилися Рейє та Гельм. Однак для остаточного визнання її не вистачало ясності у деяких деталях. Лише Вихори сонячних бур 75 після чудової роботи американського вченого Дж. Хейла (D. Hale), що вийшла 1908 р., більшість астрономів повернулося до вихрової теорії. Нарешті, наступного року Хейл отримав можливість на основі численних досліджень дійти висновку, що сонячні плями "суть, мабуть, електричні вихори". Блискучі роботи Хейла започаткували цілу низку чудових розвідок про природу плям, зроблених у Сонячній обсерваторії на горі Вільсон у Каліфорнії, а також в інших обсерваторіях, що займаються вивченням Сонця. Теорія Хейла знайшла собі серед астрономів багато гарячих прихильників, тим більше, що вона щодня отримувала все нові і нові підтвердження. Мал. 8. Сонячний протуберанець заввишки 235 000 км. Знімок зроблений 7 липня 1917 в обсерваторії Mount Wilson. Білий диск – порівняльні розміри Землі 76 Глава ІУ
Таким чином, сонячні плями слід розглядати як вихори, подібні до смерчів на морі, з лійкоподібними розширеннями на вершині. Рух речовини в таких вихорах відбувається знизу вгору, утворюючи висхідний вихор. Швидкість руху речовини досягає величезних величин, і гази, що несуть у вихорі, охолоджуються внаслідок їх швидкого розширення в міру наближення до вершини вихору. Вершини вихору, що досягли, охолоджені гази рухаються по спіралі швидко збільшуються радіусів. Те, що ми бачимо у формі плями, є лише вершина, кінець, вихор, відлуння грандіозних процесів, що протікають у областях, недоступних нашому дослідженню. Безперечно, існує причина, що змушує гази з надр Сонця текти нагору. Там, у нижніх ярусах сонячної кулі, ховається космічна сила, що рухає весь цей складний і величезний смерч, що носить скромну назву сонячної плями. Причина, що викликає вихрові рухи фотосферної матерії, досі не може вважатися твердо встановленою. У цьому напрямі є поки що припущення більш-менш обгрунтовані. Можливо, найближчою причиною слід вважати сильне нагрівання речовини на глибині? Тоді, стаючи легшим, як повітря в димарі, воно піднімається вгору. По дорозі внаслідок підняття гази остигають і виходять на поверхню холоднішими, хоча спочатку вони були сильно нагріті. З цього випливає, що в нижньому ярусі, де відбувається зародження явища, має панувати дуже висока температура. Справді,у той час як поблизу поверхні Сонця температура не перевищує 6000 °, в центральних шарах вона сягає приблизно 12 000 000 °. За розрахунками Р. Емдена, центральна температура Сонця дорівнює 31 500 000 °. Г. Рессель показав, що більшість зірок має в центрі температуру, дуже близьку до 32 000 000"* Причина такого нагрівання в нижніх шарах Сонця залишається поки що нерозв'язною загадкою. Ця загадка ще більше стає незрозумілою, якщо ми-приймемо до уваги, що плями з'являються в певних частинах сонячної поверхні і лише в сонячних поверхнях і тільки в сонячних поверхнях. Перед цим ураганом наші бурі, що змітають дерева і будинки, – невідчутні подихи зефіру. куль. Ще в 1892 р. Юнг, досліджуючи спектроскопічно випромінювання сонячних плям, відкрив чудове явище, а саме: багато спектральних ліній сонячних плям виявилися подвійними, тоді як спектр решти 5 Хейлу) Рис. 10. Червона крива – протуберанці з 1910 по 1934 р. Пунктирна крива – сонячні плями за те самечас (за В. Брюннером)