Читаем Лекции о Солнце полностью

Считается, что пониженная температура пятен связана с наличием в них сильных магнитных полей, которые подавляют конвекцию в пятне и препятствуют выходу энергии на поверхность. Обычно магнитное поле характеризуется параметром, который называется напряженность поля. Определить этот параметр в пятнах можно по эффекту Зеемана: расщепление линий в спектре Солнца пропорционально напряженности магнитного поля.

Нужно сказать, что измерение солнечных магнитных полей – задача очень непростая. В результат измерений вносят свой вклад множество факторов, включая свойства измерительного прибора (магнитографа). Корректный учет возможных ошибок требует значительных усилий и высокой квалификации исследователей. С учетом мировой практики за последние полвека, тем не менее, можно утверждать, что основные закономерности магнитной структуры пятен, видимо, уже изучены и известны. Самые мощные пятна обладают полями с напряженностью в несколько тысяч эрстед (напомним для сравнения, что магнитное поле Земли вблизи ее поверхности составляет примерно 0,5 эрстед). Впрочем, можно заметить, что напряженность поля, создаваемого школьным магнитом, сопоставима с полем солнечного пятна. Другое дело, что пятно, конечно, совершенно несравнимо с магнитом по общему магнитному потоку (напряженность поля, умноженная на площадь, занимаемую полем) – магнитный поток даже небольшого солнечного пятна очень велик.

Пятно можно представить как наблюдаемое на фотосферном уровне сечение мощной трубки силовых линий магнитного поля, которые в виде толстого снопа (возможно, даже слегка закрученного) выходят из-под фотосферы в верхнюю атмосферу Солнца. Если в области тени пятна поле почти вертикально (направлено вдоль радиуса Солнца), то в полутени, по мере удаления от центра пятна, поле отклоняется от центра пятна наружу, и на внешней границе полутени расположено уже почти горизонтально. Потоки вещества движутся вдоль волокон полутени (эффект Эвершеда).

Еще Галилей обнаружил, что пятна, как правило, по одному не появляются. С тех времен существует понятие группы пятен. Группы пятен чрезвычайно разнообразны по своей сложности, насчитывая порой до нескольких десятков пятен разных размеров, объединенных в одну систему.

Многолетние наблюдения показали, что группы пятен разнообразны еще и по суммарной площади. Принято определять площадь в так называемых миллионных долях полусферы (1 м. д. п. – чуть больше трех миллионов квадратных километров). Большинство групп пятен (более 85 %) сравнительно невелики, имея площадь не больше 250 м. д. п. (около полутора поверхностей Земли). Однако есть и примеры групп пятен гигантских площадей – в десять раз больше! Такие группы пятен можно увидеть на Солнце даже без телескопа (конечно, если смотреть сквозь природный или искусственный фильтр).

Кроме того, можно констатировать, что группы пятен – как правило, короткоживущие образования. К середине ХХ века на большом статистическом материале было показано, что зависимость количества групп пятен от продолжительности их жизни носит почти экспоненциальный характер: долгоживущих мало, короткоживущих много. Более 50 % всех наблюдаемых групп пятен существуют меньше двух дней, 90 % – меньше 11 суток. Только отдельные группы пятен могут существовать до нескольких месяцев. Поэтому, например, большой интерес исследователей вызвала группа пятен, наблюдавшаяся в конце 2006 – начале 2007 года. Одно крупное пятно, сопровождаемое эскортом из более мелких пятен, существовало почти пять месяцев! Такие случаи крайне редки.

Магнитное поле группы пятен в простейшем случае представляет собой биполярную структуру из двух пятен: одно (головное) пятно одного знака магнитного поля, второе (хвостовое) – противоположного знака. Ранее теория утверждала (а сейчас это подтверждено прямыми наблюдениями со спутников), что силовые линии магнитного поля такой группы пятен образуют огромную петлю, или арку, поднимающуюся высоко в корону. Головное и хвостовое пятна – это основания такой магнитной петли.

Простая (идеальная) биполярная структура группы пятен – редкость. В большинстве случаев пятен различной полярности в группе много (магнитный поток раздроблен на отдельные пучки силовых линий). При этом пятна разных полярностей иногда бывают перепутаны сложным образом. Самые удивительные случаи бывают, когда в одном пятне внутри полутени могут оказаться рядом фрагменты тени различной магнитной полярности! Разработка теории столь сложных топологий сильных магнитных полей сталкивается с рядом трудностей. Тем не менее, такие пятна – не выдумка, они явно существуют (это так называемая дельта-конфигурация в магнитной классификации пятен).