и иной мере проследить по различным источникам изменение солнечных пятен вплоть до 1610 года, когда их наблюдал Галилео Галилей. Но наиболее полные данные наблюдений имелись начиная с 1749 года.
Анализировалось не просто количество солнечных пятен, а определялось число, которое учитывало также количество групп пятен.
Когда рассчитанные числа Вольфа w были представлены графически, то оказалось, что они меняют свою величину с периодом, который в среднем равен 11,1 года. То есть было показано, что время между двумя ближайшими максимумами чисел Вольфа в среднем равно 11,1 года. Но это только «в среднем». Отдельные периоды имели продолжительность 7, а некоторые даже 17 лет. Числа Вольфа в одних максимумах были больше, чем в других. На рис. 47 показано изменение чисел Вольфа начиная с 1749 года и до наших дней. Здесь хорошо видны как периодичность в изменении числа солнечных пятен, так и изменение величины самих максимумов. Так, в максимумы 1870 и 1974 годы солнечных пятен было в три раза больше, чем в 1816 году, когда имел место самый низкий максимум. В 1957–1958 годы максимум числа солнечных пятен был еще больше, чем в 1870 и 1974 годы.
Рассмотрим более конкретно, в каких местах на солнечном диске чаще всего появляются пятна. Мы наблюдаем за ними с Земли. За счет вращения Солнца пятна все время меняют свое положение. Тот факт, что Солнце вращается на разных широтах с разной скоростью, приводит и к своеобразному характеру в продвижении пятен. За счет более медленного вращения Солнца в высоких широтах находящиеся там гипотетические пятна отстают от экваториальных.
Подавляющее большинство пятен появляется в полосе широт между 5 и 30о. На широтах больше 35о они появляются очень редко. Было показано, что в продолжение 11-летнего солнечного цикла положение солнечных пятен меняется закономерно: в начале нового солнечного цикла, который отсчитывается от минимума солнечных пятен, солнечные пятна появляются на самых больших широтах. Затем с течением времени широты их появления постепенно уменьшаются, приближаясь к широтам 5–8о. Таким образом, с началом нового солнечного цикла появляются пятна этого цикла на широтах около 30о и продолжают быть видны пятна старого цикла на широтах около 5–8о. Такое изменение положения солнечных пятен в продолжение 11-летнего солнечного цикла было замечено впервые известным английским исследователем Солнца Р. Кэррингтоном еще в 1859 году. Позднее немецкий ученый Г. Шперер обосновал эту закономерность более полно. Эта закономерность получила название закона Шперера.
Чем больше на Солнце пятен, тем более активным считается Солнце. Поэтому количество солнечных пятен является мерой солнечной активности. Закон Шперера вместе с законом Швабе-Вольфа о периодическом изменении числа солнечных пятен являются основными законами, описывающими изменение солнечной активности.
У читателя мог возникнуть вопрос, как можно отличить солнечные пятна одного 11-летнего цикла от другого. Оказывается, это делается с большой долей уверенности. Дело в том, что направление магнитного поля в пятнах от данного солнечного цикла к последующему меняется на противоположное. Поэтому, измеряя направление магнитного поля пятна, можно определить принадлежность его к определенному циклу. Точнее, эта закономерность выглядит так. В течение одного 11-летнего солнечного цикла в северном полушарии Солнца головное пятно имеет южную полярность, а хвостовое — северную. Это относится ко всем пятнам в данном полушарии. Когда через 11 лет начнется новый цикл солнечной активности, то направление магнитных полей пятен изменится на противоположное. То есть в северном полушарии головные пятна будут иметь магнитное поле северной полярности, а хвостовые — южной. Мы говорили все время только о северном полушарии. В южном полушарии Солнца все направления магнитных полей солнечных пятен являются противоположными тем, которые имеют место в северном полушарии. Это показано на рис. 48. Полярности магнитного поля обозначены S (южная полярность) и N (северная). Таким образом, направление магнитных полей солнечных пятен повторяется не через 11 лет, как повторяется их положение на солнечном диске, а через два 11-летних цикла, то есть примерно через 22 года. Так что имеются основания говорить о двух циклах продолжительностью 11 и 22 года.
Все приведенные закономерности изменения солнечных пятен и их магнитных полей не могут не удивлять. Создается впечатление, что внутри Солнца содержится некоторый «часовой механизм», обеспечивающий перемену направления всех магнитных полей через определенный срок. Нельзя сказать, что устройство этого механизма уже разгадано полностью, сейчас нет даже уверенности в том, что он находится целиком внутри Солнца. Очень известный немецкий астроном В. Глайсберг писал: «Сколько раз исследователям солнечной активности казалось, что наконец-то им удалось установить все основные закономерности 11-летнего цикла. Но вот наступал новый цикл, и уже первые его шаги начисто отбрасывали всю их уверенность и заставляли заново пересматривать то, что они считали окончательно установленным».
ЦИКЛЫ СОЛНЕЧНОЙ АКТИВНОСТИ
Процессы солнечной активности охватывают всю атмосферу Солнца, а также конвективную зону, которая не видна. Энергия в конвективную зону поступает из солнечного ядра через переходную зону. Поэтому можно уверенно сказать, что понять эти процессы — значит понять само Солнце. С изменением солнечной активности меняется и количество энергии, которую оно излучает в межпланетное пространство, а значит, и той ее доли, которую получает Земля. В сущности, меняется не только количество, но и качество этой энергии, поскольку Солнце в зависимости от его активности излучает разную энергию в разных диапазонах электромагнитных волн. При усилении активности излучение в некоторых участках солнечного спектра усиливается в десятки и даже сотни раз. Но этого мало. При усилении солнечной активности усиливаются и потоки заряженных частиц, выбрасываемых из солнечной атмосферы. Этими частицами являются электроны, протоны, ядра легких химических элементов.
В разных процессах, которые составляют сложный комплекс солнечной активности, выбрасывается разный состав частиц, энергии которых также существенно различаются. Это особенно хорошо прослеживается в процессах, которые протекают в солнечной атмосфере в периоды солнечных вспышек. Большинство из вспышек приводит к выбросу в межпланетное пространство потоков высокоэнергичных электронов. Такие вспышки, поскольку они составляют большинство, называют обычными или электронными. Во время другого типа вспышек выбрасываются в межпланетное пространство потоки высокоэнергичных протонов, которые были названы солнечными космическими лучами. Сами вспышки были названы протонными. Время от времени в период протонных вспышек протоны ускоряются до чрезвычайно высоких энергий, при этом их скорости становятся сравнимыми со скоростью света.
Таким образом, важно не только изменение суммарной, общей энергии, которую излучает Солнце при разной активности, но и то, в каком виде эта энергия излучается.
Большинство процессов, которые являются разными звеньями солнечной активности, сосредоточено, локализовано в определенной области как в солнечной атмосфере, так и под ней, в солнечных недрах. Но очертание этой области еще не дает всей информации об активности. Важно знать, как возникли эти процессы, где они зародились и затем как они развивались во времени на разных этажах активной области. Среди этих процессов имеются как медленные, так и развивающиеся в виде взрывов, то есть импульсивно. Чтобы как-то все это подчеркнуть, специалисты наряду с понятием активной области используют и понятие «импульс активности». Мы наблюдаем за активными областями только из одной точки — с Земли. Поэтому видим (с помощью глаза или инструментов) только проекцию всей объемной конструкции на плоскость, перпендикулярную лучу зрения. Когда активная область, которую мы наблюдаем, находится на центральном меридиане (и близко к экватору), то мы наблюдаем ее строго сверху. Поскольку светящиеся образования проектируются на солнечную поверхность, то вместо протуберанцев мы видим яркие волокна, вместо объемных, весьма протяженных по высоте образований — факельные площадки и т. д. Если же активная область находится ближе к краю видимого диск, то ее можно наблюдать с Земли только наискосок. При этом по наблюдаемой проекции ее на плоскость, перпендикулярную лучу зрения, мы должны сделать правильные заключения о ее объемной конструкции. В том случае, когда активная область находится на самом ребре видимого диска (на лимбе), мы можем непродолжительное время наблюдать ее сбоку. Тогда-то мы и видим протуберанцы, а не волокна и т. д.
Несомненно, большие сложности возникают и из-за того, что мы можем наблюдать процессы в атмосфере Солнца только на видимой его полусфере. Поскольку процессы во всей атмосфере Солнца (как видимой, так и невидимой полусфере) составляют единый комплекс, то понять их по его одной только половине дело не простое.
Мы сделали только некоторые замечания о проблемах, связанных с исследованием солнечной активности, для того, чтобы у читателя сформировалось правильное представление как о сложности проблемы, так и о возможных путях ее решения. Один из таких путей — установление измерительных приборов на летательных аппаратах, которые облетели бы Солнце со всех сторон. Кроме того, надо развивать методы наблюдений, которые позволяли бы нам четко и уверенно определять те высоты в атмосфере Солнца, откуда мы получаем информацию. Имеются и другие возможности, которые впоследствии будут, конечно, реализованы.