Все описанные три области Солнца — ядро, переходная область и конвективная зона — находятся под поверхностью Солнца, являются недоступными какому-либо экспериментальному исследованию. Выше конвективной зоны располагается область солнечного шара, которая становится видимой, так как из нее исходит видимый свет.
Излучение вырывается наружу на верхней границе конвективной зоны потому, что здесь плотность вещества становится малой. Поэтому путь фотонам оказывается открытым, они больше не поглощаются и не рассеиваются. Точнее, это происходит с очень малой вероятностью. Так, свет, который мы видим, глядя на Солнце, исходит из очень тонкого слоя, который покрывает снаружи конвективную зону. Он, как и все рассмотренные ранее области Солнца, имеет сферическую форму. Называется он просто — сферой света или, точнее, фотосферой. Толщина фотосферы составляет примерно 100 км.
На этом Солнце не кончается. Выше фотосферы находятся другие области, в которых также содержится солнечное вещество (рис. 42). Но традиционно сложилось так, что Солнцем мы называем то, что видим, то есть видимый солнечный шар. Поэтому видимую фотосферу Солнца часто называют поверхностью Солнца. Все, что находится выше видимого слоя Солнца, называют солнечной атмосферой. Когда мы говорим о Земле, то границей между атмосферой и собственно Землей является поверхность Земли. Здесь деление основано на том, что сама Земля является твердым телом, местами покрытым жидкостью — водой, а атмосфера — газ. В случае Солнца это не так, поскольку как само Солнце, так и его атмосфера состоят из газа. Деление на различные области, в том числе на само Солнце и его атмосферу, проводится по физическим условиям в разных областях, по различию тех процессов, которые там протекают.
Радиус Солнца (на уровне фотосферы) составляет 0,696 х 106 км. Он в 109 раз больше радиуса Земли. Если наблюдать Солнце с Земли, то солнечный диск будет виден под углом 31′59″, то есть примерно полградуса. Ускорение силы тяжести на поверхности Солнца в 28 раз больше, чем на поверхности Земли, а давление здесь составляет только 1 % от давления на поверхности Земли. Температура в фотосфере с увеличением высоты резко падает. В верхней части фотосферы она уменьшается до 4300о. В излучающей части фотосферы она равнялась примерно 5780о. Здесь речь идет об эффективной температуре излучающего слоя, который определяется согласно закону Стефана-Больцмана.
Практически вся энергия, которую излучает Солнце в межпланетное пространство, исходит из фотосферы, причем большая часть излучения является видимой. Что это — удачное совпадение, случай, дающий нам возможность невооруженным глазом наблюдать не только Солнце, но и все, что освещено его лучами? Конечно нет! Это закономерно. Наши глаза развились так, чтобы быть чувствительными именно к тому участку спектра солнечного излучения, которого больше поступает в нашу среду обитания — на поверхность Земли. Ведь примерно половина солнечной энергии, которая достигает поверхности Земли, приходится на видимый участок спектра.
СОЛНЕЧНЫЙ ВЕТЕР
Солнце выбрасывает в межпланетное пространство не только облака заряженных высокоэнергичных частиц, скорости которых могут достигать 1000 км/с, но также и заряженные частицы, которые движутся с меньшими скоростями (200–400 км/с). Собственно, они представляют собой как бы продолжение солнечной короны. Поэтому поток заряженных частиц, движущихся от Солнца, был назван солнечным ветром.
Еще до того, как поток солнечного ветра был измерен приборами, установленными на космических аппаратах, о его существовании ученые догадались по результатам его действия. Так, в 1896 году норвежский физик О. К. Бирке-ланд высказал мысль, что именно потоки заряженных частиц, выбрасываемые из Солнца, действуют на магнитное поле Земли и вызывают возмущение в околоземном пространстве.
В конце 50-х годов нашего века гипотеза о существовании солнечного ветра была высказана американским физиком-теоретиком Е. Паркером. Его доводы основывались на результатах наблюдений движения хвостов комет: под действием давления солнечного ветра хвосты комет всегда располагаются относительно ядра кометы в направлении, противоположном Солнцу. В начале 60-х годов были выполнены прямые измерения заряженных частиц в межпланетном пространстве. Измерения подтвердили существование солнечного ветра.
Солнечный ветер состоит главным образом из электронов и ядер водорода — протонов. Примерно 5 % в нем составляют ионы гелия. Но когда скорость ветра и концентрация его частиц максимальны, количество гелия может составлять до 25 %.
Все характеристики солнечного ветра, то есть корпускулярного излучения Солнца, могут изменяться в 10 — 100 раз, в зависимости от процессов, происходящих в солнечной атмосфере, фотосфере и конвективной зоне.
Так же как солнечная плазма в различных образованиях (солнечных пятнах, факелах, факельных площадках, волокнах и протуберанцах, корональных конденсациях), солнечный ветер находится в магнитном поле, пронизывающем межпланетное пространство и представляющем собой продолжение магнитного поля Солнца.
Кроме локальных магнитных полей активных областей Солнца у него, как и у Земли, имеется общее магнитное поле. Это поле в сотни и тысячи раз меньше локальных полей солнечных пятен и составляет всего около 1 гаусса (Гс), что лишь в 2 раза больше магнитного поля Земли. Тем не менее общим магнитным полем Солнца нельзя пренебрегать: оно играет важную роль в процессах, посредством которых солнечное корпускулярное излучение действует на Землю и околоземное пространство.
Силовые линии солнечного магнитного диполя выходят из северного полушария и входят в южное, как это показано на рис. 43. В экваториальной плоскости силовые линии очень сильно вытянуты в направлении от Солнца. Здесь образуется экваториальный нейтральный (в смысле магнитного поля) токовый слой. Он располагается не строго в экваториальной плоскости, а так, как это показано на рис. 43. Земля при своем движении вокруг Солнца проходит то выше, то ниже нейтрального токового слоя.
Когда она находится выше, на ее орбите силовые линии направлены от Солнца к Земле. Когда же она проходит ниже токового слоя, они направлены к Солнцу. Следовательно, орбита Земли проходит участки, в которых межпланетное магнитное поле направлено попеременно то от Солнца, то к нему, иначе говоря, имеет секторную структуру. Те сектора, в пределах которых магнитное поле направлено к Солнцу, называются отрицательными и обозначаются знаком «-». Сектора с магнитным полем, направленным от Солнца, называют положительными и обозначают знаком «+».
За счет того, что Солнце вращается вокруг собственной оси, силовые линии его магнитного поля закручиваются и принимают форму спиралей Архимеда. Поэтому кроме радиальной составляющей межпланетного магнитного поля имеется и азимутальная составляющая. На рис. 44 показана секторная структура межпланетного магнитного поля по данным измерений на ИСЗ. Естественно, имеется и третья компонента вектора напряженности магнитного поля. Она направлена или вверх, или вниз относительно нейтрального токового слоя. Секторная структура межпланетного магнитного поля сохраняется практически неизменной продолжительное время. Она «жестко» связана с Солнцем. Может наблюдаться от 3 до 6 секторов.
