Атмосфера и химический состав солнца
Атмосфера Солнца при обычных условиях невидима, так как ее свечение слишком слабо по сравнению с фоном дневного неба, на который она проектируется. Во время солнечных затмений Луна загораживает яркую фотосферу, солнечные лучи больше не освещают воздух, фон неба темнеет и атмосфера Солнца, окружающая его, становится видима даже невооруженным глазом. При помощи особых приборов атмосферу Солнца за последнее время стало возможно изучать и вне затмения (лучше всего с гор, где воздух чище и небо днем темнее).
Атмосфера Солнца состоит из трех слоев, которые резко не разграничены. Самый близкий к фотосфере и самый плотный, но очень тонкий слой называется обращающим слоем. Следующий, более обширный и более разреженный слой называется хромосферой (по-гречески хромоc означает "цвет"). Хромосфера имеет красноватый оттенок. Третий, самый обширный и разреженный слой атмосферы Солнца называется солнечной короной. Он представляется нам в виде лучистого сияния с перламутровым оттенком.
Время от времени из хромосферы выбрасываются вверх облака или фонтаны раскаленного газа, называемые протуберанцами (Рисунок 89). Выброшенные вверх газы протуберанца через некоторое время оседают вниз и часто лишь во время этого нисходящего движения приобретают яркое свечение. В явлениях на Солнце большую роль играют вертикальные движения газов, в частности турбуленция, а также магнитные силы. Вследствие этого протуберанцы очень часто возникают как уплотнения вещества в солнечной короне и затем двигаются не вверх, а вниз к поверхности Солнца.
Рисунок 89 - Изменение протуберанца за четыре часа (снизу вверх).
Обращающий слой и хромосфера состоят из разреженного газа, более холодного, чем фотосфера (их температура составляет около 5000°). Поэтому хромосфера и обращающий слой поглощают из света фотосферы, проходящего через них, свет только с определенными длинами волн и вызывают появление в спектре Солнца темных линий. На краю Солнца, где за обращающим слоем и хромосферой нет источника света, дающего непрерывный спектр, мы наблюдаем их собственный спектр, состоящий из ярких линий. Эти линии находятся в тех же местах спектра обращающего слоя, где и темные линии при поглощении света в непрерывном спектре фотосферы.
Темные линии в спектре называются фраунгоферовыми по имени немецкого ученого Фраунгофера, обнаружившего их. В спектре самого обращающего слоя, наблюдаемом во время полного солнечного затмения, они обращаются из темных в яркие: отсюда этот слой и получил свое название. Хромосфера, более разреженная, чем обращающий слой, содержит не все химические элементы, входящие в состав последнего, а лишь более легкие или более легко увлекаемые вверх при процессах, происходящих на Солнце. Это главным образом водород, гелий и кальций.
Таким образом, устанавливая химический состав Солнца по ярким линиям спектра разных слоев его атмосферы либо по темным линиям общего спектра Солнца, мы узнаем химический состав именно атмосферы Солнца, а не его недр, так как темные линии вызваны поглощением света газами атмосферы. До настоящего времени среди газов и паров солнечной атмосферы обнаружено около (2/3) известных на Земле химических элементов. Среди атомов этих элементов более 80% по числу составляют атомы легчайшего из газов - водорода, около 18% - атомы гелия, а атомов всех остальных элементов сравнительно очень мало. Не обнаруженные еще на Солнце химические элементы на Земле встречаются также в очень малых количествах, а элементов, неизвестных на Земле, на Солнце не обнаружено. Все это еще раз доказывает материальное единство Земли и других небесных тел, общность законов физики и химии во Вселенной.
В 1868 г. в спектре Солнца обнаружили желтую линию, которая тогда не была еще найдена в спектрах земных веществ. Ее приписали особому солнечному веществу, которое назвали гелием (по-гречески гелий - "солнечный"). Позднее гелий был открыт и на Земле.
Солнечная корона (Рисунок 90) состоит в основном из наэлектризованного газа и электронов, отражающих свет Солнца. Спектр газов во внутренних частях короны, состоящий из ярких линий, очень долго не поддавался расшифровке. Лишь недавно выяснилось, что это спектр известных уже нам элементов, главным образом железа, никеля и кальция, атомы которых лишены многих электронов и светятся в особых условиях, которые существуют в солнечной короне и не встречаются в природных условиях на Земле.
Рисунок 90 - Солнечная корона:
1) когда пятен на Солнце много; 2) в промежуточную эпоху; 3) когда пятен мало.
Разгадка линий спектра гелия и солнечной короны является примером того, что рано или поздно наука находит объяснение явлениям, сколь бы загадочными и неразрешимыми они ни казались сначала.
Части Солнца - фотосфера, обращающий слой и хромосфера (Рисунок 91) - настолько раскалены, что состоят лишь из атомов химических элементов. Только в области солнечных пятен, где температура понижена до 4500°, атомы могут вступать в простейшие химические соединения - в двухатомные молекулы (циан, окись углерода, окись титана и др.).
Рисунок 91 - Строение солнечной атмосферы (схема)
При более высоких температурах даже простейшие молекулы вследствие частных и сильных соударений распадаются на составные части - на атомы.
В плоскости земной орбиты Солнце окружено еще тонким слоем пылинок, отражающих солнечный свет. В результате этого мы видим с Земли после захода Солнца и перед его восходом отходящий от него по небу вдоль эклиптики длинный светящийся конус, называемый зодиакальным светом. Он виден лучше всего в тропических странах, где эклиптика пересекается с горизонтом под большим углом.