Приборы и методы исследования Солнца. Изучение солнцаИзучение Солнца - Физика в школеИЗУЧЕНИЕ центрального светила нашей планетной системы — Солнца — имеет важное значение. Солнце снабжает нас светом и теплом, явления, происходящие на его поверхности, вызывают магнитные бури, полярные сияния и другие процессы в земной атмосфере, оказывающие влияние на практическую деятельность человека (качество радиосвязи и т. д.). Результаты исследования Солнца, этой ближайшей к Земле звезды, увеличивают наши знания об устройстве мира, позволяют глубже познать физические свойства материи. Солнце представляет собой огромную естественную физическую лабораторию, где материя находится в таких условиях, которые искусственно пока еще создать невозможно. Единственным способом исследования протекающих в ней процессов является тщательное изучение при помощи специальных приборов солнечных лучей — того излучения, которое доходит до нас.До Земли доходит свет только от самых внешних слоев Солнца. Его оболочка — фотосфера, образующая непосредственно наблюдаемый нами диск, непрозрачна, и поэтому более глубоких слоев Солнца мы не видим. На фотосфере можно заметить темные пятна и яркие образования — факелы. Над этой оболочкой находится сравнительно тонкий, так называемый обращающий слой газа, несколько более холодный, чем фотосфера. В нем возникают темные линии солнечного спектра. При полных затмениях Солнца, когда фотосфера закрыта Луной, вокруг ее краев можно наблюдать розовую каемку. Это слабо светящаяся хромосфера. Она расположена над обращающим слоем. Отдельные яркие образования в хромосфере называются флоккулами, а темные — волокнами. Когда эти волокна проектируются не на яркую фотосферу, а на темный фон за пределами солнечного диска у его края, они представляются нам яркими протуберанцами.Самая внешняя и протяженная оболочка Солнца — солнечная корона— состоит из газа, разреженного в сто тысяч раз более, чем в хромосфере. Свечение короны в миллион раз слабее солнечного, поэтому ее можно видеть только в моменты полного солнечного затмения. Свет короны — это в основном свет Солнца, рассеянный свободными электронами короны, содержит также и свое собственное линейчатое излучение. Здесь возникает и значительная часть радиоизлучения Солнца.
ОСНОВНОЙ инструмент, необходимый при всяком исследовании Солнца,— это специальный длиннофокусный телескоп, который совсем не похож на тот прибор, который применяется при наблюдении звезд. Обычно к таким телескопам присоединяют специальные, иногда довольно громоздкие и тяжелые приборы. В отличие от звездного телескопа солнечная установка делается неподвижной. В ней, однако, устанавливается специальная система, состоящая из двух плоских зеркал, которая улавливает свет Солнца и направляет его на объектив. Первое из них называется целостатным и вращается часовым механизмом со скоростью одного оборота в 48 часов вокруг оси, лежащей в плоскости зеркала и установленной параллельно оси мира. От целостатного зеркала пучок солнечных лучей падает на дополнительное, и луч Солнца, отраженный от него, направляется на объектив. Благодаря вращению целостатного зеркала этот луч не меняет своего направления, несмотря на то, что Солнце все время движется.Солнечные телескопы разделяются на горизонтальные и вертикальные (башенные). Большой, 17-метровый горизонтальный солнечный телескоп советского конструктора Пономарева установлен в Пулкове. Современный башенный солнечный телескоп строится в Крымской астрофизической обсерватории Академии Наук СССР.В башенном солнечном телескопе световой пучок от целостатной установки и объектива, помещенных на вершине башни, направляется вертикально вниз, в глубокий колодец, где размещены часть оптики и различные приборы. Изображение Солнца получается в рабочей комнате, находящейся у подножья башни или на некоторой глубине под землей. Таким образом, современный солнечный телескоп — это здание высотой от 15 до 45 метров и колодцем глубиной до 15—20 метров, с фотографической комнатой, одним или несколькими лабораторными помещениями.По изображению Солнца в обычном белом свете можно изучать детали фотосферы. Специальные оптические приборы спектрографы позволяют исследовать спектр солнечных лучей, а также спектры солнечных пятен, факелов и т. д. Для фотографирования диска Солнца в белом свете создан также небольшой фотографический телескоп — фотогелиограф. Советская промышленность изготовляет фотогелиографы нового типа с применением оптических систем лауреата Сталинской премии, профессора Д. Д. Максутова, которые дают наиболее качественные изображения Солнца.За последнее время особое значение получили исследования солнечной хромосферы, изучением которой занимаются многие обсерватории Советского Союза. Общее количество световой энергии, излучаемой этой слабо светящейся солнечной оболочкой, в отдельных спектральных линиях настолько мало, что увидеть детали в белом свете невозможно. Для этого необходимо смотреть на Солнце через прибор, пропускающий свет только той длины волны, которая испускается самой хромосферой. Чем уже эта полоса пропускания, тем более резко видны детали хромосферы — светлые флоккулы, волокна и протуберанцы. Для получения такого изображения Солнца применяются особые приборы. Они представляют собой небольшое видоизменение обычного спектроскопа — спектрогелиоскоп и спектрогелиограф и позволяют фотографировать и наблюдать нужные участки хромосферы без помех со стороны остального солнечного света. Такие фотографии — спектрогелиограммы особенно важны для точного определения формы, положения и яркости различных деталей хромосферы и протуберанцев.Недавно ученые решили очень важную задачу — создали светофильтр, который дает возможность наблюдать хромосферу непосредственно, без помощи специальных аппаратов. Принцип работы такого фильтра основан на свойствах света, проходящего через кристаллы.Известно, что свет представляет собой электромагнитные волны, или колебания, которые происходят в поперечном направлении, то есть совершаются в плоскости, перпендикулярной к направлению распространения луча света, называемой плоскостью поляризации. Обычный, естественный свет является неполяризованным, так как колебания в нем происходят во всевозможных направлениях. Некоторые кристаллы-поляризаторы (например, турмалин) обладают свойством пропускать свет только с одним направлением колебаний. Наша промышленность изготовляет специальные прозрачные пленки — поляроиды. Если поставить один за другим два таких поляроида, ориентированных во взаимно перпендикулярных направлениях, то свет через них не проходит. Это и понятно. Ведь первый поляроид делает свет поляризованным, а второй не пропускает его потому, что он ориентирован в направлении, перпендикулярном направлению поляризации света. Если ввести между поляроидами пластинку, вырезанную специальным образом из кристалла кварца или шпата, то эта система снова начнет пропускать свет. При его разложении в спектре можно обнаружить, что поляроиды с кварцем становятся прозрачными для волн только определенной длины. Это свойство кварцевых пластинок и было использовано учеными для создания узкополосного светофильтра. Работающий на таком принципе фильтр называется интерференционно-поляризационным и представляет собой стопку кварцевых •ии шпатовых пластинок, переложенных пленками поляроидов.Длина волны пропускаемого света определяется толщиной пластинок. Если же к ним добавить цветное стекло, можно выделить очень узкий участок спектра. Изготовление каждого такого светофильтра требует специальных расчетов, чрезвычайно точной подгонки толщины и установки каждой пластинки. Первые советские интерференционно-поляризационные фильтры были изготовлены в Крымской астрофизической обсерватории Академии Наук СССР А. Б. Гильваргом и автором этой статьи.Фотографирование Солнца через узкополосные светофильтры имеет большое преимущество перед применением для этой цели спектрогелиографа. Через новый светофильтр можно вести замедленную или ускоренную киносъемку различных участков диска Солнца. При показе этих фильмов на экране с обычной скоростью хорошо видны движения протуберанцев и т. д.Помимо изучения форм и характера движения различных деталей хромосферы, огромное значение имеет исследование спектрального состава света, излучаемого различными образованиями на поверхности Солнца. По интенсивности этого света в различных спектральных линиях можно определять температуру, электронное давление, плотность, химический состав и другие величины, характеризующие условия, существующие в хромосфере, в протуберанцах или флоккулах.Обычно спектр солнечного света фотографируют на фотопластинках, которые затем подвергаются детальному изучению. Но этот способ не дает большой точности. Поэтому в настоящее время применяются новые инструменты, использующие для регистрации спектра не фотопластинки, а фотоэлементы или фотоумножители. Такие приборы называются фотоэлектрическими фотометрами. Принцип работы фотометра очень прост. Вместо пластинки ставят экран со щелью, за которой укреплен фотоэлемент или фотоумножитель. Этот экран медленно движется, и щель постепенно продвигается по всему спектру. Чем больше интенсивность света в той части спектра, в створе которой находится щель электрофотометра, тем больше света падает через нее на этот прибор. Сила тока, возникающего в фотоэлементе, пропорциональна количеству света, попадающего на него. Для лучшей работы прибора обычно устанавливается специальный аппарат, который подает усиленный фототок на записывающее приспособление. Таким образом, можно сразу получить запись интенсивности света для каждой длины волны спектра. Точность фотоэлектрического способа примерное 10 раз выше, чем фотографического.До недавнего времени солнечную корону можно было наблюдать лишь при полных солнечных затмениях. В 1941 году был изобретен новый инструмент — внезатменный коронограф, позволивший изучать солнечную корону в любое время дня. В России отечественный коронограф был установлен на Горной станции Главной астрономической обсерватории на Кавказе. На Крымской астрофизической обсерватории с помощью этого инструмента и узкополосного интерференционно-поляризационного фильтра производилась систематическая киносъемка, показывающая развитие солнечных протуберанцев и активных образований на диске Солнца.Как уже указывалось выше, в короне возникает и радиоизлучение Солнца. Для исследования этого явления применяются особые антенны и приемники — радиотелескопы. Радиоастрономия — эта отрасль науки, возникшая в 50-е годы в СССР.Благодаря применению новых совершенных приборов, ученые достигли выдающихся результатов в исследовании Солнца. fizika.i-ignatova.ru Исследование СолнцаСолнечная система > Солнце > Исследование Солнца Древние исследователи часто изменяли положение камней или строили каменные сооружения, чтобы отметить движение Солнца и Луны, смену времён года, создавали календарь и следили за затмениями. Многие верили, что Солнце вращается вокруг Земли. Эту идею сформулировал античный учёный Птолемей, создав «геоцентрическую» систему в 150 г. Затем, в 1543 году Н. Коперник описал гелиоцентрическую модель солнечной системы, а в 1610 г. открытие Галилеем лун Юпитера показало, что не все небесные тела вращаются вокруг Земли. Для более полного изучения Солнца и других звёзд, после запуска ракет, учёные начали исследовать Солнце с орбиты Земли. НАСА запустило 8 обсерваторий на орбите, ставшие известными, как Орбитальная Солнечная Станция ( 1962- 1971 гг). Семь из них были успешны и анализировали солнце в ультрафиолете и рентгеновских лучах, среди прочих достижений были сделаны фотографии солнечной короны. В 1990 году, НАСА и Европейское космическое агентство запустили зонд Уллиса, для первого исследования полярных регионов Солнца. В 2004 году космический корабль НАСА Генезис вернулся с образцами солнечного ветра для изучения на Земле. В 2007 году НАСА запустило два космических корабля с миссией СТЕРЕО, которые вернулись с первыми трёхмерными снимками Солнца. Одна из самых важных солнечных обсерваторий до настоящего времени является Солнечная и Гелиосферическая обсерватория (SOHO), созданная для изучения солнечного ветра, внешних слоёв и внутренней структуры Солнца. Она работает над отображением структуры солнечных пятен под поверхностью, измеряет ускорение солнечного ветра, находит коронарные волны и солнечные торнадо, находит более тысячи комет и улучшает нашу способность прогнозировать погоду в космосе. Недавно Обсерватория Солнечной Динамики НАСА (SDO), одна из самых перспективных обсерваторий, созданная для изучения Солнца, выпустила ранее неопубликованные данные о потоках, исходящих от солнечных пятен, а также приближенные фотографии активности на солнечной поверхности и первые высокочастотные измерения солнечных вспышек в ультрафиолетовом диапазоне.
Знаменательные даты:
o-kosmose.net АМС Солнечной системы. Часть 4. Исследователи Солнца.Автор: Кулькова Светлана 10.11.2011 19:06 Интересное
Солнце определяет космическую погоду в межпланетном пространстве. Солнечный ветер, в зависимости от скорости (300—1200 км/с), достигает Земли от 35 часов до 5 суток. Он приносит с собой не только заряженные частицы (электроны, протоны и альфа-частицы), но и выбросы корональной массы (СМЕ) с поверхности Солнца, которые в свою очередь, при столкновении с магнитным полем Земли, вызывают полярные сияния и магнитные бури. Для исследования и отслеживания переменной активности Солнца в разные годы была выведена в космос просто армада обсерваторий. Есть группы научных аппаратов, следящих за изменениями и колебаниями магнитного щита Земли, другая группа проводит мониторинг параметров солнечного ветра и околоземного пространства, влияющего на этот щит, а часть космических обсерваторий непосредственно фиксирует изменения, происходящие на самом Солнце (вспышки, корональные выбросы, источники рентгеновского излучения). УЖЕ ИСТОРИЯ... В свое время изучали Солнце в различных участках электромагнитного спектра аппараты Orbital Solar Observatory (OSO 1-8, выведены NASA на орбиту в период с 1962 по 1976 гг.). Серия аппаратов Pioneer 6-9 (NASA, 1965-1969) на околосолнечной орбите производили изучение солнечной плазмы, микрометеоритных потоков, космических лучей, магнитных возмущений, солнечного ветра, физики частиц. С близкого расстояния, подлетая на 0.29 а.е. к Солнцу, всесторонне обследовали наше светило аппараты Helios A и Helios B (NASA/FRG, 1975-1985, 1976-1979), выведенные на гелиоцентрическую орбиту. С целью исследования солнечных вспышек на орбите Земли успешно проработал аппарат SolarMax (англ. Solar Maximum Mission, NASA, 1980-1989). Ulysses (ESA/NASA, 1990-2008) являлся первым аппаратом, изучавшим Солнце не только из плоскости эклиптики (экваториальной), но и со стороны полюсов (поскольку с Земли невозможно исследовать эти области). Genesis (NASA/JPL, 2001-2004) собирал частицы солнечного ветра и доставил их на Землю. КА "Коронас-Фотон" (Роскосмос, 2009) проработал на орбите менее года из-за технических проблем с электропитанием. На борту умершей космической платформы был установлен ансамбль научных инструментов для исследования Солнца, созданных в институтах Российской академии наук и государственных образовательных учреждениях. "Коронас-Фотон" (Роскосмос, 2009)  Центральным инструментом спутника, отключенным от питания 1 декабря 2009 года вместе со всем научным комплексом, были космические рентгеновские телескопы ТЕСИС. Основной целью эксперимента было осуществление непрерывного мониторинга и анализа активности Солнца и поиск ответов на наиболее актуальные вопросы физики Солнца, такие как проблема нагрева солнечной короны, механизм солнечных вспышек, природа солнечного цикла и другие. TRACE (англ. Transition Region and Coronal Explorer, NASA, 1998 - 2010) - космический ультрафиолетовый телескоп NASA по исследованию переходных областей и короны Солнца. Перед TRACE стояла задача выяснить, почему солнечная корона такая горячая по сравнению с фотосферой. TRACE (NASA, 1998 - 2010)  Исследования, проведенные TRACE, показали, что значительный нагрев короны происходит в нижних ее слоях, у основания петель, где плазма начинает подниматься и возвращается на поверхность Солнца. На этом снимке TRACE показаны сгущения величественных горячих корональных петель, которые простираются ввысь на 30 и более диаметров Земли:  ДЕЙСТВУЮЩИЕ СТАНЦИИ МОНИТОРИНГА Но все-таки первой обсерваторией, которая занялась непосредственным изучением нашего светила, стала SOHO, которая находится в точке Лагранжа L1 системы Земля-Солнце, вместе с двумя другими аппаратами ACE и WIND. В этом месте силы притяжения Земли и Солнца одинаковы, что позволяет аппарату находится прямо в направлении Солнца. Они обращаются вокруг этой точки и никогда не загораживается ни Землей, ни Луной. Аппарат ACE в точке Лагранжа L1  SOHO (англ. Solar and Heliospheric Observatory) совместный проект ESA и NASA, основной задачей которого является сбор в автоматическом режиме информации о состоянии солнечной атмосферы, глубинных слоях Солнца, солнечном ветре и об активности солнечной короны, для этого на нем установлены 12 уникальных приборов. Приступил к работе в мае 1996 года. SOHO (NASA/ESA, 1995 - ...)  В режиме реального времени SOHO передает изображения Солнца в видимом и ультрафиолетовом диапазоне, а также космической погоде в точке L1. Помимо основной задачи, благодаря анализу снимков, доступных через интернет, астрономами-любителями было открыто более 2000 околосолнечных комет (по состоянию на 2010 год). Коллаж снимков Солнца, получаемых инструментами SOHO  Группы исследователей, работающих с различными инструментами, находятся в разных частях света. Однако центр управления SOHO расположен в Центре космических полетов им.Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд. Официальный сайт миссии http://sohowww.nascom.nasa.gov/ ACE (англ. Advanced Composition Explorer) - обсерватория NASA, запущенная в августе 1997 года в точку Лагранжа L1 между Землей и Солнцем (в 1.5 млн. км от Земли), осуществляющая круглосуточное слежение за параметрами солнечного ветра (количестве электронов и протонов) и его магнитного поля в данной точке. ACE (NASA, 1997 - ...)  ACE является лучшей на данный момент системой раннего оповещения. Данные о радиационной обстановке поступают специалистам за полчаса до того, как она достигнет Земли. Что позволяет предупредить о надвигающейся геомагнитной буре и принять меры для минимизации ущерба. Параметры солнечного ветра, регистриумые ACE  Изначально аппарат не предназначался для этого, но получаемая информация позволила переквалифицировать исследовательский спутник в круглосуточную станцию мониторинга окружающего пространства. Количество топлива для поддержания орбиты по подсчетам специалистов хватит до 2024 года. Официальный сайт миссии http://www.srl.caltech.edu/ACE/ GGS WIND предназначен для изучения взаимодействия солнечного ветра с магнитосферой Земли и ионосферой. Запущен в 1994 году в рамках Глобальной геокосмической программы (GGS от англ. Global Geospace Science для изучения солнечного ветра, функционирующий до настоящего времени. WIND из-за его неизменного расположения между Землей и Солнцем способен за час предупреждать об изменениях в солнечном ветре. GGS WIND (NASA, 1994 - ...)  Сайт миссии http://pwg.gsfc.nasa.gov/wind.shtml GOES (англ. Geostationary Operational Environmental Satellite, NESDIS) - серия метеорологических спутников США, запускаемых на геостационарную орбиту с 1975 года, одной из задач которых является патрулирование амплитуды теплового рентгеновского всплеска в диапазоне энергий 0,5-10 кэВ (с длиной волны 0,5—8 ангстрем). Когда на Солнце происходит вспышка, она регистрируется этим спутником, и данные отсылаются в Центр космической погоды NOAA. Одновременно работают два спутника. GOES  . График рентгеновских всплесков, регистриуемых GOES на орбите Земли  Сайт космической погоды http://www.swpc.noaa.gov/ WIND, GOES, ACE, SOHO вместе аппаратами, изучающими магнитосферу Земли, такими как, например, группа из четырех идентичных аппаратов Cluster (ESA/NASA, 2000) и японский спутник GEOTAIL (ISAS/NASA, 1992), помогают подробно изучить влияние солнечной переменности и солнечной активности через межпланетную среду на Землю, в частности на магнитосферу, ионосферу, атмосферу Земли. RHESSI (англ. Reuven Ramaty High Energy Solar Spectroscopic Imager или Explorer 81) - "Солнечный спектрограф высоких энергий имени Рувена Рамати". Запущен 5 февраля 2002 года, его главная задача заключается в изучении физики ускоренных частиц и взрывных энерговыделения в солнечных вспышках. RHESSI (NASA, 2002 - ...)  Этот спутник делает снимки Солнца в диапазоне жесткого рентгеновского излучения. Регистрирует излучение от мягкого рентгеновского излучения (~3 кэВ) до гамма-излучения ( ~20 МэВ). Исследования солнечных вспышек, проведенные вместе с ультрафиолетовым телескопом TRACE в 2002 году, указал на возможность более раннего прогноза солнечных вспышек: до начала ультрафиолетового свечения появляются мощные точечные выбросы рентгеновских лучей. Наблюдение же за регулярными микровспышками, происходящими в активной короне, объяснило и то, каким образом она разогревается до температур, в сотни раз превышающих температуру солнечной "поверхности". Уникальный рентгеновский телескоп-спектрограф RHESSI уникален тем, что с помощью него удалось добиться изображений в рентгеновском диапазоне (что само по себе является трудноразрешимой задачей, так как Х-лучи не преломляются и не отражаются) с разрешением, составляющим две угловые секунды, и тем самым вполне сравнимым с разрешением оптических телескопов на Земле. Компьютеры на Земле анализируют циклические изменения рентгеновского излучения, регистрируемые каждым детектором RHESSI, и восстанавливают изображение. Изображения солнечной вспышки в рентгеновском диапазоне, получаемой RHESSI  Исследования RHESSI изменили наш взгляд на солнечные вспышки, в частности, на высокоэнергетические процессы во вспышках. Продолжает работу на орбите до настоящего времени. Официальный сайт миссии http://hesperia.gsfc.nasa.gov/hessi/index.html STEREO (англ. Solar TErrestrial RElations Observatory) - "Обсерватория солнечно-земных связей", миссия NASA по изучению и мониторингу коронарных выбросов вещества, которые могут нанести ущерб электросетям на Земле и спутникам в небе. Два идентичных космических аппарата STEREO-A и STEREO-B были запущены 26 октября 2006 года на орбиты близкие к орбите движения Земли вокруг Солнца. В ходе маневров они расположились с разных сторон от нашей планеты и постепенно начали удаляться от нее и друг от друга. STEREO (NASA, 2006 - ...)  Противоположных точек на солнечной орбите они достигли 6 февраля 2011 года. Теперь одновременно с помощью ультрафиолетовых телескопов можно наблюдать Солнце из двух разнесённых точек, т.е. использовать стереоскопический эффект и получить трехмерные изображения корональных выбросов солнечной плазмы, что позволит намного точнее предсказывать ее свойства, траекторию движения и моменты достижения выбросов окрестностей Земли, то есть предсказывать космическую погоду для нашей планеты. Аппарат SOHO, например, не позволял по одиночному снимку коронографа этого делать. Активная область на Солнце с разных точек земной орбиты  Также аппараты STEREO случайно регистрируют на своих снимках новые кометы.Официальный сайт миссии http://stereo.gsfc.nasa.gov/ Hinode (пер. с яп. "Рассвет Солнца", или Solar-B) — японский научный спутник для исследований в области физики Солнца и является продолжением миссии спутника Solar-A (Yohkoh, 1991 - 2002), запущенном в 1991 году и успешно проработавшем на орбите более 10 лет. Hinode был выведен на солнечно-синхронную орбиту в сентябре 2006 года. Вместе с "Рассветом Солнца" на орбиту попутно также был выведены две полезные нагрузки — радиолюбительский спутник HITSAT и солнечный парус SSSAT. Hinode (JAXA/NASA, 2006 - ...)  В изготовлении спутника кроме Японии принимали участие США и Великобритания, а также Норвегия предоставила для приема данных наземную станцию SvalSat. На своем борту Hinode несет три научных прибора: SOT (Solar Optical Telescope), XRT (X-ray Telescope) и EIS (Extreme-Ultraviolet Imaging Spectrometer) - оптический, рентгеновский телескопы и ультрафиолетовый спектрометр, основное назначение которых состоит в осуществлении высокоточных измерений малых изменений напряжённости солнечного магнитного поля, исследования процессов, ответственных за передачу энергии от фотосферы до короны, а также исследования процессов, порождающих ультрафиолетовое и рентгеновское излучение, таких как вспышки и корональные выбросы массы, и понять как эти явления влияют на космическую погоду. Изображение Солнца в мягком рентгеновском спектре Hinode/XRT Официальная страница миссии http://www.isas.jaxa.jp/e/enterp/missions/hinode/index.shtmlСвежие изображения http://hinode.nao.ac.jp/latest_e/ SDO (англ. Solar Dynamics Observatory) - "Обсерватория солнечной динамики" NASA была запущена 11 февраля 2010 в рамках программы «Жизнь со Звездой» (Living With a Star, LWS). Цель программы LWS является развитие научных знаний, необходимых для эффективного решения аспектов Солнечно-Земных связей, которые непосредственно влияют на жизнь и общество. Цель SDO является понимание влияния Солнца на Землю и околоземное пространство. В течении 5 лет с геостационарной орбиты "Обсерватория солнечной динамики" будет непрерывно передавать на Землю необработанные данные о быстро меняющемся потоке жесткого ультрафиолета от Солнца с помощью инструмента EVE (англ. Extreme ultraviolet Variability Experiment), будет следить за переплетением магнитных линий и заглянет в недра звезды с помощью прибора HMI (англ. Helioseismic and Magnetic Imager) и будет фотографировать атмосферу и поверхность Солнца в нескольких спектральных диапазонах с помощью приборов AIA (англ. Atmospheric Imaging Assembly). Изображения Солнца, получаемые SDO  Эти три прибора позволяют осуществлять постоянный мониторинг Солнца, получая изображения в сверхвысоком разрешении с подробными картами зон активности и тут же передавая на Землю данные для их дальнейшей обработки. Для этого в американском штате Нью-Мексико построена специальная станция космической связи, которая будет работать только с обсерваторией SDO. SDO (NASA, 2010 - ...)  SDO практически заменяет морально устаревшую обсерваторию SOHO. Главный эксперимент "Обсерватории Солнечной Динамики" - это изучение переменности Солнца в экстремальном ультрафиолете, осуществляемый с помощью прибора EVE. Именно экстремальный ультрафиолет определяет температуру внешних слоев земной атмосферы и может значительно нагревать их, заставляя расширяться и тормозить движение низколетящих спутников. Кроме того, он же очень сильно влияет на радиосвязь и своей непредсказуемостью постоянно портит жизнь радиоастрономам, пытающимся уловить слабые радиоволны из глубины Вселенной. Официальный сайт миссии http://sdo.gsfc.nasa.gov/ PICARD - научно-исследовательский спутник Французского космического агентства (Centre National d'Etudes Spatiales, CNES), запущенный на солнечно-синхронную орбиту 15 июня 2010 года. Он предназначен для мониторинга характеристик солнца, таких как его диаметр и поверхностная плотность потока излучения, с целью оценки влияния колебаний солнечной активности на климат Земли и расширения знаний о физике солнца. Работа спутника рассчитана на 2 года. PICARD (CNES, 2010 - ...)  Название спутнику было дано в честь Жана Пикара – астронома 17 века, сделавшего серию научных измерений по определению диаметра Cолнца в течении периода, названного минимум Маундера (1645-1715 гг.). Пикар измерил несколько очень важных величин и изучил физические явления: скорость вращения Солнца, степень испускаемого радиационного излучения, присутствие пятен на Солнце, его очертание и диаметр. Все эти данные помогают оценить влияние Солнца на земную поверхность, на температуру окружающей среды и на глобальное потепление. Официальный сайт миссии http://smsc.cnes.fr/PICARD/ БУДУЩИЕ ПРОЕКТЫ Сейчас планируется несколько научных миссий по изучению Солнца - это коронограф Aditya-1 (Indian Space Research Organisation, ISRO, 2012), с близкого расстояния (внутри орбиты Меркурия) детально изучат Солнце зонды Solar Probe Plus (NASA/Applied Physics Laboratory, 2015-2018) и Solar Orbiter (ESA, 2017). Solar Probe Plus (NASA/Applied Physics Laboratory, 2015-2018)  Шесть идентичных аппаратов Solar Sentinels (пер. рус. "Солнечные стражи", NASA, 2012-2017) разделяться на три группы и разместятся на различных расстояниях от Солнца для всестороннего обследования светила и межпланетного пространства (миссия проводиться в рамках программы "Жизнь со звездой").
Статья подготовлена по материалам российских и иностранных источников.Иллюстрации NASA/JPL, JAXA, ESA, CNES.
astro-bratsk.ru Кто изучает СолнцеС началом космической эры наши знания о светиле стали активно пополняться благодаря летательным аппаратам. Уже «Спутник-2» провёл первые спектральные измерения светила в диапазонах излучения, которые не пропускает земная атмосфера. В 1959 году советские миссии «Луна-1» и «Луна-2» экспериментально открыли солнечный ветер — потоки заряженных частиц, испускаемых Солнцем. Первыми специальными аппаратами для изучения звезды стали американские Pioneer 6, 7, 8 и 9, запущенные в 1965–1968 годах и предназначенные для долгосрочного изучения «космической погоды» — активности солнечного ветра. Последний из «Пионеров» проработал аж до 1983 года.
В 1980 году NASA вывело на орбиту спутник Solar Maximum Mission (SMM) для исследований Солнца. Через девять месяцев работы SMM потребовался ремонт, который был успешно выполнен экипажем Space Shuttle Challenger в 1984 году.С аппаратом для изучения Солнца связан один из первых случаев ремонта на орбите. Главной целью спутника Solar Maximum Mission, стартовавшего в 1980 году, было изучение солнечных вспышек. Аппарат проработал чуть более полугода, с февраля по ноябрь, после чего у него сломалась система ориентации, и зонд перешёл в безопасный режим. В итоге астронавтам с космического челнока Challenger пришлось ловить спутник, устранять неисправность и снова выводить его на орбиту. Солнце в разных спектрахСнимки, сделанные телескопом в разных спектрах — с фильтрами, позволяют определить температуры в разных областях солнечной поверхности. Человеческий глаз не может разглядеть волны сильнейшего ультрафиолетового излучения, поэтому картинки приходится подкрашивать. Зветло-зелёный снимок, например, сделан при 4500 Å (ангстрем). Области, генерирующие этот тип света, имеют температуру около 5700°С. Благодаря зеленому светофильтру, мы можем видеть сверхгорячие солнечные вспышки, температура которых может достигать 6,3 млн °С.
Одной из самых успешных миссий стала солнечная и гелиосферная обсерватория NASA под названием SOHO, запущенная в 1995 году. Об успехе проекта говорит хотя бы то, что планируемый срок работы этого телескопа составлял три года, однако в ноябре 2016‑го миссию продлили по крайней мере до декабря 2018‑го.
Особый прибор на борту аппарата SOHO — спектрометрический коронограф LASCO — блокирует прямой солнечный свет, затеняя его диском. Это позволяет наблюдать корону плазмы вокруг солнца, видимую только в моменты солнечных затмений.SOHO постоянно наблюдает как глубинные слои Солнца, так и его корону. На аппарате установлен коронограф, закрывающий диск звезды, что позволяет в деталях изучать корону и даёт побочный эффект: аппарат открыл уже более 3000 мелких комет. Кстати, на сайте миссии soho.nascom.nasa.gov снимки Солнца ежедневно обновляются. Так что всегда можно глянуть, какая нынче у светила корона, есть ли пятна, видны ли протуберанцы. SOHO позволяет спрогнозировать выбросы солнечного вещества в сторону Земли. Для чего это нужно? Одним — чтобы морально подготовиться к магнитной буре, другим — чтобы не пропустить полярное сияние, а третьим — вовремя отключить спутники и тем самым избежать их поломки.
Аппарат Parker Solar ProbeЛетом 2018 года откроется окно для запуска дерзкой миссии Parker Solar Probe. Этот аппарат, созданный в NASA, должен стать спутником Солнца и совершить минимум 26 оборотов вокруг звезды. Изюминка в том, что один из перигелиев орбиты Parker Solar Probe (сближение 19 декабря 2024 года) окажется в нижних слоях солнечной короны, всего в 6 миллионах километров от поверхности. Зонд разогреется почти до полутора тысяч градусов, для защиты от столь высоких температур предусмотрен 11‑сантиметровый щит. Собранные аппаратом данные помогут понять, как теплота и энергия движутся через корону и управляют солнечным ветром, влияющим на космическую погоду на Земле. Аппарат сделает более двадцати близких подлётов к Солнцу в течение семи лет. NASA назвало эту миссию в честь астрофизика Юджина Паркера, коренным образом изменившего наше представление о влиянии выбросов Солнца на Солнечную систему. Так человечество впервые в истории «нырнёт» в Солнце — по крайней мере, в его атмосферу. oyla.xyz Объект исследований - СолнцеБ.М.Кужевский Всё, что происходит с Землёй как планетой, включая геологические и климатические процессы на ней, зарождение жизни, её эволюция от примитивного уровня до "homo sapiens", духовная и психическая жизнь, как отдельного человека, так и целых народов - все связано с "жизнью" самого Солнца. В определенном смысле можно утверждать, что мы живем в атмосфере Солнца. Вот почему всестороннее исследование нашего небесного светила чрезвычайно важно, особенно изучение процессов происходящих в его атмосфере. Связанные с сильнейшим, хотя и пространственно-локальным, сравнительно кратковременным выделением энергии, они сопровождаются генерацией нейтральных и заряженных частиц, а также мощнейшего электромагнитного излучения, которые пронизывают межпланетное пространство, эффективно воздействуют на его объекты, в том числе и на Землю. Поэтому физические процессы, происходящие в ней для нас чрезвычайно важны. Активные процессы в атмосфере Солнца С древнейших времен люди замечали на поверхности Солнца темные пятна. Они принимали разные формы, имели различную площадь, и число их изменялось во времени. С появлением телескопа наблюдения за Солнцем привели к созданию глубокой и разносторонней науки. Сейчас мы хорошо знаем, что солнечные пятна это внешнее проявление глубинных активных процессов на Солнце. Наблюдение за ними позволило установить существование цикличности в активности Солнца, которая проявляется не только в периодическом изменении различных параметров, характеризующих солнечные пятна. Периодические изменения наблюдаются и в электромагнитном излучении Солнца. Наиболее изученный цикл это, так называемый, 11- летний период солнечной активности. Другим впечатляющим явлением, которое было открыто более 100 лет тому назад, стала хромосферная вспышка - спорадическое выделение в части солнечной атмосферы в так называемой хромосфере, огромного количества энергии, равного одновременному взрыву 100 миллионов ядерных бомб в одну килотонну каждая.  Рис.1 Солнечная вспышка 15 июня 1991г. Светлые пятна над поверхностью светила - выброс его вещества. Петлеобразные структуры - вспышечная плазма в магнитном поле. В дальнейшем стало ясно, что так называемая хромосферная вспышка простирается далеко за пределы собственно хромосферы, охватывая области более низкие - фотосферу Солнца и области более высокие - корону Солнца. В настоящее время употребляют термин - солнечная вспышка. При этом по выделившейся во время вспышки энергии можно создать классификацию вспышек. Так по яркости вспышки в оптическом диапазоне излучения разработана одна из первых классификаций, получившая название балл вспышки. Частота вспышек разной бальности также испытывает 11 - летнюю цикличность. Выделение во вспышках колоссальной энергии происходит различным способом. Как в виде газодинамических движений плазмы солнечной атмосферы, так и в виде электромагнитного излучения в широчайшем диапазоне - от радиоволн до гамма-квантов с энергией в сотни миллионов электрон - вольт и генерации частиц солнечных космических лучей (СКЛ) с энергией до десятков миллиардов электрон-вольт, (энергетический спектр СКЛ). Относительная концентрация разных ядер в СКЛ определяется тремя условиями: химическим составом атмосферы Солнца, особенностями процесса ускорения и ядерными реакциями между ускоренными частицами и веществом солнечной атмосферы. К настоящему времени в различных по энергетике (как принято у специалистов по бальности) вспышках, возникающих в разных по мощности активных процессах в солнечной атмосфере, эксперимент ально наблюдались ядра элементов от водорода до железа, (зарядовый спектр СКЛ). Естественно, что абсолютный поток энергичных частиц и диапазон энергетического спектра СКЛ связаны с мощностью вспышки. Но всегда волновал вопрос. Неужели большие потоки ускоренных частиц от солнечной вспышки возникают внезапно, и не предваряются менее значительными, как по величине, так и по диапазону энергий, потоками частиц?  Рис 2. Эволюция активной области на Солнце. Событие 26 марта 1991г. Видны солнечные пятна и нейтральные линии магнитного поля (светлые линии). Время - по Гринвичу Согласно современным представлениям эволюция активной области сопровождается увеличением плотности магнитной энергии в ней и усложнением её геометрии. В конце концов, происходит стремительное разрушение сложной конфигурации активной области, сопровождающееся генерацией СКЛ. Было трудно представить, чтобы процесс накопления энергии в активной области до плотностей, когда наступает "переливание" одного вида энергии в другой, например, магнитной энергии в энергию ускоряемых частиц происходил бы "спокойно". И действительно, когда в межпланетном пространстве удалось осуществить длительные наблюдения, было обнаружено, что перед вспышкой СКЛ, в среднем в течение суток, регистрируются частицы относительно малых энергий. Это явление получило в дальнейшем название "предвспышечное возрастание". Предвспышечные возрастания частиц в межпланетном пространстве Развитие экспериментальных исследований в космических условиях позволило установить целый ряд новых моментов в нашем понимании такого явления, как солнечная активность. Если по наблюдениям на поверхности Земли можно было регистрировать и изучать частицы с энергией, сотни миллионов электрон-вольт и выше, то с выносом научной аппаратуры в межпланетное пространство с помощью космических кораблей и спутников стало возможным регистрировать частицы малых энергий от Солнца, вплоть до единиц и десятков тысяч электрон-вольт. Потоки таких частиц от Солнца регистрировались значительно чаще, чем потоки частиц высоких энергий. Более того, наблюдения за временным поведением частиц в межпланетном пространстве привели к открытию явления, - предвспышечного возрастания. Суть его в том, что в межпланетном пространстве задолго (от десятков часов до нескольких суток) перед регистрацией частиц с энергией в десятки и сотни МэВ отмечается возрастание частиц малых энергий, порядка 1 МэВ и меньше.  Рис.3 Пример предвспышечного возрастания потока малоэнергичных частиц в межпланетном пространстве, зарегистрированного ИСЗ "Прогноз" 29 октября 1972г. Скорости счета протонов с энергией 1-30 МэВ. Внизу - движение по диску Солнца активной области, связанной с предвспышечным возрастанием. Впервые факт возрастания частиц малых энергий перед появлением в межпланетном пространстве высокоэнергичных частиц от солнечной вспышки был осознан и сформулирован как явление характерное для эволюции активной области, в которой возникают условия для генерации энергичных частиц, сотрудниками Отдела космофизических исследований Института ядерной физики МГУ в начале восьмидесятых годов прошлого столетия. Предвпышечные возрастания потока частиц в межпланетном пространстве наблюдались и на советских спутниках "Прогноз", и на американских спутниках "IMP", и на европейских спутниках "Гелиос". Временное поведение частиц предвспышечного возрастания различно для разных событий. Поток этих частиц может монотонно возрастать до самого прихода частиц СКЛ, либо он возрастает на определенную величину за относительно короткое время и затем практически не меняется до появления частиц СКЛ. Поток малоэнергичных частиц как бы выходит на плато. Явление предвспышечного возрастания наблюдалось как в протонной и электронной компоненте, так и в потоке ядер гелия. Несомненно, оно существует и в потоке тяжелых ядер. Хотя для таких наблюдений требуются приборы с большей, чем до сих пор применялись, светосилой. Наблюдения за предвспышечными возрастаниями малоэнергичных частиц можно использовать для повышения достоверности прогноза радиационной обстановки в межпланетном пространстве. Первые работы в этом направлении дали существенное улучшение прогноза, вероятность точного прогноза возросла до 85-90 %. Обнаружение явления предвспышечного возрастания частиц малых энергий подтвердило мнение многих исследователей Солнца о том, что процессы ускорения частиц в атмосфере Солнца протекают практически непрерывно. Варьируется лишь мощность активного процесса. Поэтому понятия "спокойное" или "активное" Солнце относительны и не точно отражают реальную жизнь Солнца. Прежде чем выйти в "пустое" межпланетное пространство энергичные частицы СКЛ, двигаясь в солнечной атмосфере, вступают в ядерное взаимодействие с частицами составляющими её. В результате этого химический и изотопный состав СКЛ на выходе в межпланетное пространство может заметно отличаться от состава в источнике, то есть от состава в области ускорения частиц. Анализ изотопного состава СКЛ, таким образом, позволяет получить ценную информацию о количестве вещества, которое набирают энергичные частицы с момента их генерации до выхода в межпланетное пространство, о характере движения ускоренных частиц в солнечной атмосфере ( диффузия или конвективный перенос ), о времени нахождения энергичных частиц в достаточно плотной атмосфере Солнца. Изотопный состав солнечных космических лучей Анализ результатов взаимодействия энергичных частиц СКЛ с ядрами химических элементов солнечной атмосферы, детально осуществленный впервые российскими исследователями, сотрудниками Института ядерных исследований МГУ и американскими исследователями, сотрудниками НАСА, существенно изменил ранее имевшийся взгляд на роль этого процесса в формировании изотопного и элементного состава СКЛ.  mirznanii.com Приборы и методы исследования Солнца. — КиберПедияГоризонтальные и башенные телескопы. Фотогелиографы и хромосферные телескопы. Внезатменный коронограф (типа Лио; с внешним затмением). К-коронометр. Спектрограф, дифракционная решетка. Интерференционно-поляризационный фильтр. Эталоны Фабри—Перо. Спектрофотометрия. Фотографическая эмульсия. Характеристическая кривая. Основное свойство фотоэмульсии. Эквиденситы. Фотографическая фотометрия. Фотоэлектрические приемники радиации. Фотоумножитель. Электронно-оптический преобразователь. ПЗС–матрицы. Калибровки. Стандартизация. Спектрогелиограф. Поляриметрия. Поляроиды. Призма Волластона. Пластинки l /2 и l /4. Электрооптические устройства. Параметры Стокса. Методы измерений магнитного поля и лучевых скоростей Солнца. Вектор-магнитограф. Метод Лейтона. Солнечные магнитографы и стоксметры. Внеатмосферные наблюдения Солнца, основные приборы и методы. Рентгеновские, ультрафиолетовые, инфракрасные телескопы: особенности схем и конструкций. Аппаратура и методика радиоастрономических наблюдений Солнца (основные положения). Солнце как звезда и его внутреннее строение Спектральный класс, класс светимости, положение на диаграмме Герцшпрунга—Рассела. Возраст. Вращение. Химический состав Солнца. Методы определения. Глобальное магнитное поле Солнца. Переполюсовка. Гидростатическое равновесие солнечного вещества; баланс сил, лучистое трение. Источник солнечной энергии. Ядерные циклы. Солнечные нейтрино. Радиативная зона Солнца. Конвективная зона Солнца. Условие возникновения конвекции. Конвективный перенос энергии. Грануляция. Наблюдения и теоретические результаты. Конвекция сверхсупергрануляционных масштабов (гигантские ячейки). Конвекция в присутствии вращения и магнитных полей. Гелиосейсмология. Спектр собственных колебаний. Физика солнечной плазмы Основные параметры солнечной атмосферы. Кулоновское взаимодействие. Квазинейтральность. Проводимость. Теплопроводность. Магнитная гидродинамика. Основные уравнения. Понятия вмороженности. Силы, действующие на плазму в магнитном поле. Магнитостатика. Бессиловые и потенциальные поля. Численные МГД методы. Колебания в плазме. Звуковые и МГД-волны. Бесстолкновительные ударные волны. Перенос и диссипация энергии в плазме. Проблема нагрева хромосферы и короны. Устойчивость. Методы исследования устойчивости. Энергетический принцип. Пересоединения магнитных силовых линий. Токовые слои. Понятия о теории динамо. Внешние слои Солнца Фотосфера, непрерывный спектр, потемнение к краю. Фраунгоферов спектр. Грануляция. Пятиминутные колебания. Хромосфера, ее структура, плотность, температура. Спикулы, Супергрануляция и хромосферная сетка. Протуберанцы, их типы, физические свойства, устойчивость. Корона Солнца, строение, яркость и поляризация. Непрерывный и линейчатый спектр. Температура и плотность. Ионизационное равновесие. Излучение Солнца в видимой, рентгеновской и далекой ультрафиолетовой областях спектра. Радиационное остывание. Механизмы «уширения» спектральных линий. Линии поглощения. Баланс энергии в атмосфере Солнца. Источники нагрева и охлаждения. Переходная область между хромосферой и короной. Магнитные поля на Солнце: крупномасштабное поле, локальные поля Солнечные пятна. Биполярные области. Тонкая структура полей. Радиоизлучение спокойного Солнца и активных областей: спектр, поляризация. Всплески радиоизлучения I-Y типов, причины возникновения их радиоизлучения, особенности всплесков в сантиметровом и дециметровом диапазонах. Низкочастотное радиоизлучение (гектометровый и километровый диапазоны). Исследование Солнца радиоастрономическими методами. Солнечная активность Активные области и их магнитные поля. Число Вольфа. Солнечные циклы. Главные закономерности динамики распределения активных областей в 11-летнем солнечном цикле. Солнечная вспышка. Механизмы накопления и быстрого выделения энергии над активной областью. Наблюдения вспышки в различных областях спектра. Вторичные процессы. Корональные выбросы массы, их связь со вспышкой и воздействие на магнитосферы планет. Петли и яркие рентгеновские точки. Удержание и нагревание плазмы в квазистационарных магнитных структурах. Солнечные космические лучи в спокойные и активные периоды. Потоки галактических и солнечных космических лучей на Землю по данным нейтронных Мониторов. Влияние межпланетного магнитного поля. Фарбуш-эффект. 6. Корпускулярное излучение Солнца и межпланетная среда Расширяющаяся корона и солнечный ветер. Теория Паркера. Основные характеристики межпланетной среды. Высокоскоростные потоки и их связь с корональными дырами и корональными выбросами массы. Ударные волны в солнечном ветре. Структура межпланетного магнитного поля. Взаимодействие межпланетной среды с магнитосферой Земли. Причины, вызывающие суббури и главную фазу бури. Связь суббурь с солнечными вспышками. Повторяемость магнитных бурь. Основная литература Прист Э.Р. Солнечная магнитогидродинамика. М.: Мир, 1985 Мартынов Д.Я. Курс общей астрофизики, 4-е изд., М.: Наука, 1988. Соболев В.В. Курс теоретической астрофизики. М.: Наука, Физматлит, 1967. Каплан С.А., Цытович В.Н., Пикельнер С.Б. Физика плазмы солнечной атмосферы, М.: Физматлит, 1977. Пикельнер С.Б. Основы космической электродинамики, 2-е изд. М.: Физматгиз, 1966. Хундхаузен А. Расширение короны и солнечный ветер. М.: Мир, 1976. Альвен Г., Фельдхаммар К.Г. Космическая электродинамика. М.: Мир, 1967. Солнечная и солнечно-земная физика: Иллюстрированный словарь терминов. М.: Мир, 1980. Космическая магнитная гидродинамика: Сб./ Под ред. Э. Приста, А. Худа, М.: Мир, 1995. Сомов Б.В. Космическая электродинамика и физика Солнца. М.: Изд-во МГУ, 1993. Паркер Е. Динамические процессы в межпланетной среде. М.: Мир, 1965. Астрофизика космических лучей / Под ред. В.Л. Гинзбурга. М.: Наука, 1990. Лонгейр М. Астрофизика высоких энергий. М.: Мир, 1984. Росси Б., Ольберт С. Введение в физику космического пространства. М.: Атомиздат, 1974. Космические лучи и солнечный ветер / Г.Ф. Крымский, А.И. Кузьмин, П.А. Кривошапкин и др. Новосибирск: Наука, 1981. Топтыгин И.Н. Космические лучи в межпланетных магнитных полях. М.: Наука, 1983. Структура и динамика солнечной короны // Труды Междунар. конф. по физике Солнца, посвящ. памяти проф. Г.М. Никольского. Троицк, 1999. Solar drivers of interplanetary and terrestrial disturbances / Ed. Balasubramaniam// Astr. Soc. of Pacific Conf. Ser. V. 95. 1996. Труды конференций по циклам солнечной активности. Пулково, 1998–2001 гг. Изд-во РАН. Труды семинара «Космическая электродинамика и солнечная физика» и материалы XXV Конференции по космическим лучам// Известия РАН. Сер. физ. 1999. Т. 63. № 8.
Перечень программ
Параметры запроса:
ПРОГРАММА-МИНИМУМ кандидатского экзамена по специальности Математическая физика» по физико-математическим наукам Введение В основу настоящей программы положены следующие математические и физические дисциплины: математика – математический и функциональный анализ, комплексный анализ, дифференциальные уравнения, алгебра и топология, геометрия, теория вероятностей; физика – механика, теория поля, механика и электродинамика сплошных сред, теория твердого тела, квантовая механика, статистическая физика. Программа разработана экспертным советом Высшей аттестационной комиссии Министерства образования Российской Федерации по математике и механике при участии Математического института им. В.А. Стеклова и Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова. Математические разделы cyberpedia.su Полное затмениеВ этот понедельник, 21 августа, Америка готовится наблюдать полное солнечное затмение. Это, в общем, достаточно частое в масштабах планеты событие вызвало в США сильный ажиотаж и неудивительно: 70 процентов планеты покрыто водой, а часть суши почти не заселена, так что многим людям в течение жизни всего пару раз выпадает шанс увидеть такое замечательное явление. В этой статье мы расскажем про наиболее интересные научные проекты, которые будут проводиться в этот понедельник в связи с затмением. Если в древние времена полные солнечные затмения, предсказанные жрецами, использовались для подтверждения их божественной власти, то в XX веке их стали использовать для блага науки. Так, наблюдения, проведенные во время полного солнечного затмения 1919 года, стали первым экспериментальным доказательством Общей теории относительности Эйнштейна — это та самая знаменитая экспедиция сэра Артура Эддингтона в Западную Африку. В США затмение 21 августа, которое пройдет по территории 14 штатов, собираются наблюдать несколько миллионов человек (еще бы — следующего такого события ждать целых семь лет), и среди них будет множество ученых, которые собираются с толком провести время, в течение которого тень от Луны будет закрывать территорию Америки. По такому случаю НАСА запустило специальный сайт и будет вести прямую трансляцию. Часть экспериментов будет направлена на изучение влияния Солнца и затмений на Землю. Фил Эриксон из MIT, к примеру, пустит в ход шесть тысяч датчиков, расположенных на пути затмения, чтобы проследить за кратковременным изменением ионосферы Земли. Кроме этого, различные группы ученых будут замерять изменение солнечной радиации, температуры, влажности и ветров как у поверхности Земли, так и в ее атмосфере с помощью метеозондов. Эти зонды примут участие и в сопутствующем эксперименте — к ним прикреплены бирки, на поверхности которых находятся высушенные бактерии, обнаруженные рядом с Космическим центром имени Кеннеди и, возможно, попавшие вместе с марсоходами на Марс. Цель этого эксперимента — выяснить, могут ли бактерии выжить на Марсе (верхние слои нашей атмосферы по своим условиям напоминают поверхность этой планеты). Если они выживут, то при создании будущих аппаратов, нацеленных на Марс, придется уделять намного больше внимания бактериологической безопасности — очень глупо будет обнаружить жизнь на Марсе, а потом понять, что это мы сами ее туда занесли. Основная масса наблюдателей, конечно же, ставит своей задачей изучение Солнца и особенно солнечной короны. Так, совместный эксперимент двух ученых из Высокогорной лаборатории, Филиппа Джаджа и Пола Брайанса, заключается в одновременном наблюдении за солнечной короной с помощью поляриметра и спектрометра, работающего в инфракрасном диапазоне. Спектрометр будет наблюдать за отдельными участками ИК-спектра, а высокое разрешение поляриметра позволит установить, какая именно область короны ответственна за его появление. Это должно помочь нам лучше понять строение магнитного поля Солнца, которое отвечает, в том числе, за космическую погоду и непосредственно влияет на работу всех спутников на орбите Земли. Астрофизик Нэт Гопалсвоми из центра космических полетов имени Годдарда собирается продолжить свой эксперимент, начатый во время прошлогоднего солнечного затмения в Индонезии, и будет следить за температурой и скоростью движения корональных выбросов в четырех различных фильтрах с помощью нового скоростного коронографа. Это не только проверка возможностей нового прибора, но и потенциально большой вклад в изучение движения солнечного ветра. Группа собирается следить за электронами как вблизи поверхности Солнца, так и на расстоянии пяти миллионов километров от него, чтобы по их поведению построить общую картину движения солнечного ветра. Амир Каспи из Юго-Западного исследовательского института штата Колорадо не собирается просто сидеть и ждать затмения — он установил по телескопу на носу двух самолетов WB-57 и планирует лететь вслед за тенью Луны. Его личное затмение продлится более 7 минут, в течение которых высокоскоростные камеры будут делать по 30 кадров солнечной короны в секунду. Такая скорость нужна для поиска нановспышек — гипотетических переносчиков энергии с поверхности Солнца к короне. Если все пойдет по плану, то Каспи будет первым, кто составит тепловую карту Меркурия, первой планеты от Солнца. Меркурий очень сложно наблюдать, так как он почти полностью затмевается Солнцем, поэтому новые снимки помогут нам больше узнать об атмосфере этой планеты. Один из самых интересных экспериментов, названный Citizen CATE, использует преимущества, связанные с движением лунной тени по всему североамериканскому материку. На линии максимальной длительности затмения, тянущейся от побережья Тихого океана в штате Орегон до побережья Атлантического океана в штате Южная Каролина, установлены 68 одинаковых телескопов. Каждый из них способен сделать около тысячи снимков во время полного затмения, которое для него будет длиться 2 минуты 40 секунд. Сложенные вместе, эти снимки дадут непревзойденное по времени «суммарное» затмение — 90 минут. Это очень полезно для изучения атмосферы Солнца. В проекте участвуют как профессиональные астрономы, так и студенты вузов, и любители, и даже школьники — любой человек мог подать заявку на участие и, успешно пройдя ряд тестов, получить по почте телескоп, монтировку, программное обеспечение и целый набор инструкций. Ключевой момент эксперимента — идентичность всех настроек и параметров съемки, так что участникам несколько раз устраивали тренинги, заставляя их делать тестовые снимки и проверяя согласованность их действий А что именно представляет собой атмосфера Солнца?Ее можно разделить на три области — фотосферу, хромосферу и корону. Фотосфера — это наиболее плотная область с температурой примерно 5000 кельвин, фактически поверхность Солнца. Почти весь свет, доходящий до нас, испускает именно фотосфера. Ее толщина составляет несколько сотен километров, она постоянно бурлит и, как и положено атмосфере, постоянно вращается — экваториальная часть делает полный оборот за 24 дня, на полюсах — за месяц. Хромосфера заметно более разрежена и из-за этого намного тусклее фотосферы. Увидеть хромосферу можно только во время полного солнечного затмения — он выглядит как тонкий слой красного света между фотосферой и короной. Красный свет появляется от того, что температура падает и электроны атомов водорода спускаются на более низкие энергетические уровни. Один из самых популярных «переходов» — с третьего на второй уровень — называется H-альфа и соответствует длине волны 652 нанометра, а это как раз красный свет. Температура хромосферы, как это ни странно, не понижается с удалением от Солнца. Наоборот, она сначала опускается до минимальных 3800 кельвин, а потом начинает стремительно расти, достигая 35000 кельвин на границе с короной. Физические механизмы, которые отвечают за подобный феномен, до конца не определены, но важную, если не основную роль тут играет магнитное пересоединение — эффект, при котором сталкиваются магнитные поля противоположной направленности. Они быстро перестраиваются, частично уничтожая друг друга, и при этом высвобождается энергия, которая нагревает хромосферу. Последняя, самая дальняя, но и самая горячая область Солнца — это корона, ее температура может достигать нескольких миллионов градусов. Примечательно, что обнаружили это только в 1939 году, когда шведский ученый Бенгт Эдлен доказал, что одна из спектральных линий, которую долго приписывали мистическому элементу корониуму, на самом деле принадлежит сильно ионизованному железу. Расчеты показали, что оторвать так много электронов от очень энергетически стабильного железа можно только при температурах, превышающих миллион кельвин. Этого сложно было ожидать, но дальнейшие наблюдения подтвердили, что температура короны действительно феноменально высока и в небольших областях может достигать двадцати миллионов градусов, что даже больше, чем температура ядра, где идут термоядерные реакции. Астрономы склоняются к мысли, что одно магнитное пересоединение не может разогреть корону до таких температур и скорее всего в процесс вовлечены какие-то другие физические механизмы. Корональный выброс, заснятый космическим аппаратом SOHO. Солнечное затмение 21 августа позволит увидеть, как подобные выбросы развиваются в нижней части солнечной короны ESA/NASA/SOHO. Вообще говоря, надо немного разобраться с терминологией: Солнце изучают с помощью солнечных телескопов, а солнечную корону — с помощью коронографов. Главная деталь солнечного телескопа — это фильтр, который отражает бóльшую часть солнечного света (иначе телескоп перегреется и расплавится) и пропускает только узкий спектральный диапазон, например только свет нейтрального водорода или излучение атомов кальция. Коронограф же — это телескоп специальной конструкции, в котором свет от поверхности Солнца полностью блокируется и не доходит до линз. Это позволяет изучать свет, который приходит не с поверхности, а из атмосферы Солнца. Коронографы, установленные, например, в Саянской солнечной обсерватории или Крымской астрофизической обсерватории, помогают изучать Солнце с 1931 года, когда французский астроном Бернар Лио предложил ряд усовершенствований, названных его именем — например диафрагму Лио. Многие телескопы при установке дополнительного оборудования могут работать и в режиме коронографа. И да — тот самый телескоп Джеймса Уэбба, который запустят в 2018 году и который должен прийти на смену телескопа Хаббла, будет способен работать как коронограф — ждите потрясающие снимки через год! Ключевой вопрос: зачем тогда нам нужно затмение, если мы можем наблюдать солнечную корону в любой ясный день? Дело в том, что обычно солнечный свет сильно рассеивается в атмосфере — более двух третей света, что мы видим, достигают Земли не в виде луча света от Солнца, а в виде диффузного излучения. Именно оно повинно в том, что днем не видно ни звезд, ни Луны, а небо синее. И разглядеть корону, мощность излучения которой в миллион раз меньше излучения с поверхности Солнца, очень трудно даже в самый хороший коронограф. Луна будет блокировать солнечный свет еще до того, как он достигнет атмосферы Земли, и интенсивность диффузного излучения заметно снизится — в 10 тысяч раз (говоря простым языком, небо станет темнее). Оба эти фактора, сложенные вместе — темное небо и загороженное Луной Солнце над головой — позволят невеликим по размерам телескопам увидеть то, что не под силу и самым большим коронографам. Анимация солнечной короны при полном затмении. Вспышки у границы Солнца — это корональные выбросы, длинные тонкие лучи — полярные перья. http://kotakaya.tumblr.com Это удивительно, но данные, которые ученые получат с телескопов проекта Citizen CATE с размерами главной линзы всего 8 сантиметров, будут по некотором параметрам превосходить снимки космических солнечных телескопов, таких как SOHO или STEREO. Это можно объяснить тем, что все космические телескопы сильно ограничены по весу и размерам, поэтому, хоть им и не приходится бороться с диффузным излучением, они не могут нести дополнительную защиту от постороннего (паразитного) света, который в любом случае попадает в объектив. Кроме того, заглушка, которая блокирует свет с поверхности Солнца, обычно расположена слишком близко к основной линзе (именно из-за ограничений по размерам), и это приводит к появлению дифракции Френеля: концентрическим темным и светлым полосам, которые заметно искажают изображение короны. Поскольку в случае солнечного затмения роль заглушки берет на себя Луна, которая, во-первых, очень далеко, а во-вторых, расположена перед линзой телескопа, то условий для дифракции не будет и картина короны должна получиться очень четкой. В интернете выложена крайне содержательная лекция про оптические схемы, которые используют для изучения солнечной короны (в том числе при солнечном затмении). Важно понимать, что нижняя часть короны — это ключевая область для изучения процессов, идущих как в атмосфере, так и в глубине Солнца. Эта область очень горяча, но и сильно разрежена, так что ее свет полностью теряется на фоне света от фотосферы звезды, и рассмотреть его можно как раз во время полного солнечного затмения. Недаром НАСА проводит или частично спонсирует 11 различных наземных экспериментов, шесть из которых посвящены изучению именно короны. Тысячи фотографий телескопов Citizen CATE помогут составить двухмерную карту распределения электронов в нижней части короны с разрешением около двух угловых секунд. То есть телескопы будут способны заметить детали размерами всего в полторы тысячи километров (диаметр Солнца, к примеру, равен 1,4 миллиона километров). Это распределение будет отправной точкой при моделировании строения солнечной атмосферы со всеми ее странностями и интересными эффектами. Кроме того, по этим фотографиям можно будет изучить строение и движение полярных перьев — тонких структур, выходящих из солнечных полюсов со скоростью 100 километров в секунду и тянущихся на десять миллионов километров Полярные перья Солнца (обозначены стрелками), полученные космическим аппаратом STEREO. Этот небольшой участок Солнца на самом деле простирается на 800 тысячам километров. W. Curdd et al, 2008 В заключение хочется опровергнуть довольно распространенное мнение о том, что размеры Луны и Солнца как-то по-особенному связаны между собой и поэтому во время затмения Луна удивительно точно перекрывает все Солнце. На самом деле и Земля и Луна вращаются по эллиптическим орбитам, поэтому расстояние между всеми тремя небесными объектами может заметно меняться. Расстояние от Луны до нас может меняться на 11 процентов, то есть примерно на 39 тысяч километров. Это приводит к тому, что иногда Луна не может перекрыть Солнце полностью даже во время полного солнечного затмения, а иногда перекрывает даже с небольшим запасом (и блокирует свет от внутренней короны, которую так любят изучать солнечные астрономы). P.S. В России ближайшее полное затмение состоится 20 апреля 2061 года. Это еще не скоро, но зато оно покроет почти всю европейскую территорию страны от Печорского до Азовского моря. Марат Мусинnplus1.ru | |||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||
|
|
||||||||||||||||||
|
Солнце играет важную роль в жизни на Земле, оно дает нам свет, тепло, энергию. Но вместе с тем, солнечные вспышки и выбросы плазмы могут значительно повлиять на геомагнитный фон, вызывая магнитные бури, приводящие к нарушению радиосвязи, возникновению поверхностных зарядов на элементах энергетических систем, и представляющие угрозу для спутниковой навигации, а также угрожая здоровью не только космонавтам на орбите, но самочувствию людей на поверхности Земли. Так что игнорировать капризы нашего светила все же не стоит, а лучше попытаться понять и научиться предсказывать, что оно нам в очередной раз готовит.
