Удивительная Солнечная система

Громов Александр

Поскольку излучение Солнца идет со всего видимого диска, а не только из его геометрического центра, зона полного солнечного затмения сужается за Луной и на Земле не превышает нескольких сотен или даже десятков километров. Узкая полоса полной фазы затмения быстро бежит по поверхности Земли, предоставляя возможность наблюдать полную фазу лишь в течение нескольких минут или даже менее. Теоретически возможный максимум – семь с половиной минут, но и пять минут наблюдения полной фазы – очень хорошие условия, да и всего минута – уже повод для того, чтобы предпринять путешествие и насладиться редким зрелищем. Разумеется, в гораздо более выгодном положении по сравнению с земными наблюдателями находятся наблюдатели на борту специально нанятого самолета, летящего так, чтобы все время оставаться в зоне полной фазы. Увы, такое удовольствие доступно очень уж немногим. Кроме того, к великому

сожалению, в ближайшие годы полные солнечные затмения будут происходить преимущественно в южном полушарии. Природа как бы компенсирует ему то обидное для наших антиподов обстоятельство, что в северном полушарии сравнительно недавно наблюдалось несколько очень хороших затмений… [15]

15

В порядке издевки могу сообщить, что 16 октября 2126 года полоса полного солнечного затмения пройдет через Петербург, Новгород, Тверь и Москву. Желаю всем дожить! – Примеч. авт.

Это действительно замечательное зрелище. Незадолго до наступления полной фазы, когда Солнце выглядит узеньким серпиком, природа как бы замирает в недоумении и испуге. Нередко проносится холодный ветер, вызывая смутную тревогу даже у подготовленных людей, а у животных – неадекватное поведение. В последние секунды перед наступлением полной фазы освещенность предметов убывает очень быстро – и вот последний краешек Солнца скрывается за лунным диском. Тут обычно раздается дружный вопль наблюдающих за затмением людей. Свидетельствую: не издать при этом никаких звуков довольно трудно. Картина потрясающая! Вокруг темного лунного диска сияет корона (рис. 27) – маленькая и аккуратная в годы минимума солнечной активности и большая, почти бесструктурная в годы максимума. В первые секунды после наступления полной фазы и за несколько секунд до ее окончания видно «бриллиантовое кольцо» – это свет Солнца пробивается к нам по распадкам лунных гор. Словом – красота.

Сфотографировать солнечную корону просто; получить изображение ее отдаленных от Солнца частей – гораздо труднее. Ведь уже на расстоянии, равном солнечному диаметру, яркость короны падает примерно в тысячу раз. Выход лишь один: снять серию кадров с различными выдержками и подвергнуть их компьютерной обработке. При этом может несколько пострадать правдоподобие изображения, зато выявится тонкая структура короны (рис. 28).

О солнечной атмосфере еще стоит сказать, что именно в ней генерируется большая часть радиоизлучения Солнца.

Рис. 27. Солнечная корона

Рис. 28. Тонкая структура солнечной короны

А вот где атмосфера кончается, сказать невозможно. Можно лишь провести какую-то условную границу, причем она будет все время варьировать в зависимости от солнечной активности. На практике корона на больших (свыше 15–20°) угловых расстояниях от Солнца фактически сливается с зодиакальным светом, что говорит о преимущественно пылевой природе внешней короны.

Если подумать, то так и должно быть. Пылинки, образующие зодиакальный свет (об этом ниже), по идее должны быть распределены более или менее равномерно, но вблизи Солнца они разрушаются горячей плазмой короны. На больших же расстояниях от Солнца плазма слишком разрежена, чтобы повредить пылинкам, и они остаются в целости и даже формируют внешнюю корону, хотя генетически не связаны с Солнцем.

Отдельного разговора достойны солнечные нейтрино. Эта частица, вынужденно и не очень уверенно введенная в 1930 году Вольфгангом Паули для выполнения законов сохранения энергии и импульса при бета-распаде, обладает поразительным свойством проникать сквозь громадные толщи вещества, никак не взаимодействуя с ним. Количество нейтрино, образующихся в ядерных реакциях в центре Солнца, чудовищно громадно. У нас на Земле через каждый квадратный сантиметр поверхности ежесекундно проходит 60 млрд только солнечных нейтрино, не беспокоя нас ни в малейшей степени. Что не реагирует, то и не разрушает, так

что проносящийся сквозь нас поток нейтрино ни в малейшей степени не сокращает наши дни. Что до выдумок создателей фильма «2012» насчет того, что Солнце начало генерировать какие-то особые нейтрино, поглощаемые земным ядром и разогревающие его, то хотелось бы напомнить, что в фильмах еще и не то бывает. Автора этой книги радует хотя бы то, что голливудская в частности и киношная вообще публика хоть что-то слыхала о нейтрино. Это уже прогресс.

Обнаружение нейтрино – задача крайне трудная, но в принципе решаемая. Идея эксперимента по «вылавливанию» этой частицы была предложена еще в 1946 году советским физиком Б.М. Понтекорво. Смысл его идеи состоял в том, что в реакции, известной как обратный бета-распад, ядро устойчивого изотопа хлора-37, поглотив нейтрино, может превратиться в радиоактивный изотоп аргона-37 и электрон. Количество же получившегося аргона-37, пусть даже имеющегося в количестве всего нескольких десятков ядер, можно найти методами радиохимии, а зная вероятность реакции, уже совсем просто вычислить поток солнечных нейтрино.

Идея Б.М. Понтекорво была позднее реализована в США в виде 400-тысячелитрового резервуара с перхлорэтиленом, довольно дешевым веществом, использующимся как моющая жидкость и несравненно менее опасным, чем газообразный или сжиженный хлор. И сразу же начались проблемы.

Поток солнечных нейтрино оказался в 3-10 раз ниже, чем получалось из разных моделей Солнца. Правда, перхлорэтиленовый детектор «ловил» преимущественно те нейтрино, которые образуются в боковой ветви протон-протонной реакции, но это обстоятельство, разумеется, учтено в расчетах ожидаемого потока. Позднее были созданы гигантские нейтринные детекторы на основе колоссальных резервуаров воды, и результат был в общем-то тот же: наблюдался серьезный – в разы – дефицит солнечных нейтрино.

Предпринимались попытки как-то подкорректировать солнечные модели, чтобы изменить энергетический спектр покидающих Солнце нейтрино, а следовательно, и вероятность их взаимодействия с рабочим веществом детектора, но они не имели особого успеха. Очень интересную гипотезу выдвинул в 1972 году Фаулер. Суть ее – в автоколебательном процессе в недрах Солнца. Согласно этой гипотезе, развитой впоследствии Эзером и Камероном, вещество в глубинных слоях Солнца из-за развития вращательной неустойчивости периодически – примерно раз в сто миллионов лет – бурно перемешивается. Из-за этого в центральные, горячие области Солнца поступает с периферии гелий-3 и тут же реагирует с большим энерговыделением. Нагреваясь, центральные области расширяются, что, естественно, приводит к понижению температуры и замедлению ядерных реакций. В начале перемешивания должна наблюдаться нейтринная вспышка, а затем падение количества фиксируемых нейтрино примерно на порядок. Если сейчас как раз такой момент, то находит и объяснение дефицит солнечных нейтрино. Расчеты Эзера и Камерона показали, что длительность периода дефицита нейтрино должна составлять около 10 млн лет.

Между прочим, расширение центральных областей Солнца должно приводить и к уменьшению его фотонной светимости! Ее теоретическая зависимость от времени несколько иная, чем у нейтрино (хотя бы потому, что фотонам требуется значительное время, чтобы выбраться наружу), но общий характер тот же: быстрый спад, затем медленный рост до нормального уровня. И это, по мысли авторов гипотезы, непринужденно объясняет причину ледниковых периодов в геологической истории Земли.

Гипотез, пытающихся объяснить те или иные аспекты прошлого Земли (скажем, массовые вымирания) с чисто астрономических позиций, вообще придумано множество, и практически все они не выдерживают испытания на прочность. Подвергнуть такому испытанию гипотезу Эзера и Камерона тем более легко, что ледниковые периоды вплоть до протерозоя известны, что называется, наперечет.

Хочу подчеркнуть: климаты далекого прошлого – это не гадание на кофейной гуще, а строгая наука. Палеотемпературы впервые измерил американец Юри еще в 1950 году, пользуясь методом, основанным на соотношении изотопов кислорода ¹⁸O и ¹⁶O. Наличие либо отсутствие в соответствующих слоях следов той или иной биоты тоже помогает делу. Например, если найдены отпечатки кораллов, это значит, что море, в котором они жили, было теплым. Наконец, давно известны прямые свидетельства оледенений в виде скал с характерными бороздами и царапинами, оставленными вмороженными в ползущий ледник валунами. Есть и другие признаки, по которым можно довольно точно судить о климате, их много, и не стоит на них останавливаться в астрономической книжке.