Книга: Дневная звезда. Рассказ о нашем Солнце

Тигель алхимика

Тигель алхимика

Звезда является полем битвы двух сбалансированных сил. Все звезды представляют собой шары из газа, который удерживается от разлета силами гравитации. Откуда мы это знаем? То, что внешние слои атмосфер звезд, включая Солнце, состоят из газа, мы знаем вполне определенно из наблюдений. Недоступные же прямым наблюдениям внешние области звезд настолько горячи, что они не могут быть ничем иным кроме газа, или, более точно, плазмы.

Каждая частица внутри Солнца испытывает действие гравитационной силы со стороны других частиц. Гравитация, в отличие от магнитных сил, всегда притягивает тела друг к другу. Поэтому Солнце все время сжато под действием своей собственной гравитации. Эта сила препятствует Солнцу рассеяться в космическом пространстве. Небольшой расчет показывает, что эта сила очень эффективна. При температуре поверхности в 6000 К тепловая скорость отдельных атомов составляет около 10 км/с. Если «отключить» гравитацию, эти частицы в течение дня пролетят расстояние, равное 1 радиусу Солнца. Следовательно, всего за день размер Солнца увеличился бы вдвое. Короче говоря, за несколько недель без гравитации оно бы полностью рассеялось в пространстве. Без гравитации не было бы звезд, Солнца, не было бы нас! Однако эта сила должна быть чем-то уравновешена. Если бы гравитация была единственной силой на Солнце, все вещество устремилось бы с катастрофической скоростью внутрь, ведь время свободного падения для Солнца составляет примерно полчаса. Что же это за волшебная сила, препятствующая такому процессу?

Эта сила — внутреннее давление газа. Когда шар сжимают, газовое давление внутри него восстанавливает его прежнюю форму. Газовое давление также поддерживает атмосферу Земли. Если говорить строже, то сила, уравновешивающая гравитацию,— это градиент газового давления. Наблюдения показывают, что звезды, в частности Солнце, чрезвычайно устойчивы на протяжении миллионов лет, и это приводит нас к выводу, что любая небольшая часть Солнца находится в устойчивом равновесии вследствие идеального баланса сжимающей силы гравитации и отталкивающей силы градиента давления. Давление в центре Солнца, составляющее миллиарды атмосфер, может быть грубо оценено путем расчета веса столба газа, вытянутого от центра Солнца до фотосферы.

В соответствии с физическими газовыми законами давление и температура фиксированной массы газа связаны между собой. При давлении в центре Солнца порядка 2,5?10¹¹ атмосфер температура должна составлять около 10 млн. градусов. Более точные расчеты дают значение в 14—16 млн. градусов.

Установив тот факт, что Солнце находится в идеальном равновесии, необходимо ответить на следующий важный вопрос. Известно, что горячая поверхность Солнца излучает энергию в количестве 3,83?10²⁶ Вт/с. Как компенсируются эти непрерывные потери? Без возмещения этих энергетических потерь Солнце неизбежно должно остыть и сжаться. Однако мы знаем, что на самом деле в течение 5 миллиардов лет поток энергии от Солнца почти не менялся.

Еще недавно астрономы совсем не понимали физической природы деятельности Солнца. У меня есть книга, опубликованная в 1892 г., в которой так объясняется энергетика Солнца: «Солнце является самым мощным очагом, дающим тепло и свет, какой только можно себе представить». Далее в этой книге говорится, что, по мнению астрономов, у Солнца под сверкающей поверхностью твердое и даже холодное ядро.

Одна из первых серьезных попыток объяснить энергетику Солнца была сделана в 1842 г. В этом году Майер предположил, что энергия Солнца пополняется падающими метеоритами. Однако вскоре было показано, что такой энергии Солнцу хватит ненадолго.

В качестве альтернативы лорд Кельвин (Уильям Томсон) и Герман фон Гельмгольц выдвинули гравитационную теорию, согласно которой ежегодное сокращение размера Солнца на 20 м могло бы дать энергию, достаточную для компенсации потерь на излучение. Такое слабое сжатие, измерить которое невозможно и в наши дни, могло бы поддержать жизнь Солнца на протяжении 50 млн. лет. Этот срок при тогдашнем состоянии геологических знаний о времени существования Земли казался вполне достаточным. Однако в начале двадцатого столетия было показано, что возраст окаменелостей и осадочных пород превышает сотни млн. лет, и необходим более эффективный механизм, нежели простое горение, для поддержания излучения Солнца. (Только после экспедиции на Луну стало ясным, что возраст Земли и Луны составляет 4,7 миллиарда лет, а Солнца — 5,6 миллиарда лет.)

Астрономы были поставлены в тупик перед проблемой объяснения продолжительности жизни Солнца, вытекающей из геологических данных. Спасителем явился сэр Джеймс Джинс. В 1920 г. он высказал предположение, что необходимая для жизнедеятельности Солнца энергия возникает за счет радиоактивности. Хотя в настоящее время эта гипотеза считается неверной, она заставила других ученых думать в правильном направлении, а именно рассматривать в качестве источника энергии Солнца и других звезд энергию, возникающую при превращениях атомов. Радиоактивность — это процесс, при котором ядра атомов распадаются обычно с излучением других частиц, но выделяющаяся при этом процессе энергия мала. Джинс предположил, что источником является энергия распада сверхатомов, которые, как он думал, могли остаться со времени ранней стадии развития Вселенной.

Однако гипотеза Джинса оказалась несостоятельной. Весьма поучительно рассмотреть причины этого. Основной вопрос заключается в следующем. Если энергия поставляется радиоактивным распадом, почему Солнце так устойчиво?

Мы уже отмечали строго равновесное состояние внутри Солнца; причиной его является идеальный баланс сил гравитации и градиента давления. Такой баланс невозможен при радиоактивном нагреве, так как процесс радиоактивного распада является спонтанным, зависящим только от самих ядер атомов, и поэтому не подвержен влиянию внешних условий, таких, как температура и давление. Короче говоря, у радиоактивных звезд, если бы они существовали, нет способов управления температурой и процессом выделения энергии. Такие звезды неизменно взрывались бы при сжатии или расширении, как атомные бомбы. Необходимо, чтобы источник энергии помогал звезде остаться устойчивой. Источник энергии должен работать интенсивнее при небольшом сжатии звезды; это приведет к выделению дополнительного тепла и увеличению препятствующего сжатию давления. Тот же самый источник должен работать менее эффективно при небольшом расширении звезды, тем самым уменьшая давление. Для устойчивости звезды нужно, чтобы источник энергии работал подобно предохранительному клапану.

В 1931 г. британский астроном Аткинсон предположил, что источником энергии Солнца может быть процесс захвата лишних протонов ядрами атомов. Протон — это тяжелая ядерная частица, несущая положительный электрический заряд. Атом водорода состоит из тяжелого центрального протона и вращающегося электрона. Совместно протон и электрон делают атом электрически нейтральным.

В этом месте нашего повествования мы увидим, как исследование излучения Солнца помогло общему развитию физики за последние пятьдесят лет. Следуя идее Аткинсона, американский астроном Дональд Мензел указал, что из-за высокого относительного содержания протонов (ядер водорода) внутри звезд процесс взаимодействия протонов может быть важным источником энергии Солнца. Слияние протонов, в результате которого возникает более тяжелое ядро, происходит с выделением ядерной энергии. Однако в начале 30-х годов ученые считали, что взаимодействия протонов с выделением энергии (так называемые термоядерные реакции) не могут осуществляться, поскольку из-за одинаковых по знаку (положительных) зарядов протоны слишком сильно отталкиваются друг от друга. Гамов показал, что это простое возражение ошибочно для странного мира атомных частиц. Используя новую область науки — квантовую механику, занимающуюся взаимодействием частиц в микромире, Гамов доказал, что протоны могут проникать друг в друга. Они могут приблизиться настолько, что их слияние произойдет до того, как эта электрическая сила «осознает» происходящее!

В 1939 г. работой Гамова воспользовались Ганс Бёте в США и Карл фон Вайцзекер в Германии. Они независимо друг от друга разработали первые возможные схемы выделения ядерной энергии внутри Солнца. Их выводы были, естественно, основаны на тогдашних достижениях ядерной физики. Их схема включала взаимодействие протонов с ядрами углерода. Мы знаем теперь, что реакции с участием ядер углерода важны только для звезд, масса которых больше массы Солнца. Сейчас считают, что для Солнца важны более простые реакции с участием в основном протонов. Однако, прежде чем приступить к рассказу об этих чудесах природы, познакомимся немного с самым знаменитым уравнением физики.

Для этого нам нужно сделать короткий экскурс в удивительный мир теории относительности Эйнштейна, одно из соотношений которой имеет вид Е = тс². Это уравнение говорит нам, что энергия Е и масса т — взаимозаменяемые величины. Множитель с² представляет собой значение квадрата скорости света и является очень большой величиной. Приведем пример: 1 г вещества энергетически эквивалентен 30 млн. кВт-часов. Этот пример показывает, что вся масса т в принципе может быть превращена в энергию. Хотя полный переход массы в энергию и может происходить для некоторых фундаментальных частиц, для обычного вещества этот процесс совсем не так эффективен. Как мы увидим, на Солнце меньше 1 % массы может переходить в излучение.

Основной процесс, приводящий к выделению энергии внутри Солнца, заключается в образовании из четырех протонов одного атома гелия. При этой термоядерной реакции теряется 0,7 % массы протонов, поскольку суммарная масса образующегося ядра гелия и нескольких других частиц несколько меньше массы участвующих в цикле ядерных реакций четырех протонов. Дефицит массы проявляется в виде излучения, другими словами, энергии. Вначале последовательность реакций превращения водорода в гелий кажется чрезвычайно маловероятной. Однако поскольку Солнце существует, то эти реакции должны иметь место!

В цепочке протон-протонных реакций первое событие состоит в соединении двух протонов и образовании ядра тяжелого водорода, или дейтерия. При этом возникает также положительно заряженный электрон — позитрон. Ведь дейтрон является результатом слияния протона и нейтрона и поэтому один из участвующих в реакции протонов должен быть превращен в нейтрон. Два маловероятных события предшествуют появлению дейтрона внутри Солнца. Во-первых, один из протонов должен иметь скорость в 5 раз больше средней; только тогда из-за своей высокой энергии он может подойти достаточно близко к другому протону, несмотря на отталкивание электрическим полем этого протона. Внутри Солнца распределение скоростей частиц таково, что только один протон из сотни миллионов имеет скорость, в 5 раз превышающую среднюю. Во-вторых, во время столкновения протонов, которое продолжается 10^-21 с, один из протонов должен превратиться в нейтрон. Маловероятно, не правда ли? Конечно, чрезвычайно маловероятно для каждого заданного наперед протона. Если выбрать какой-нибудь определенный протон, то можно ожидать, что такой цирковой трюк он сможет совершить лишь после десятков миллиардов лет тренировки. Если бы такие события не были маловероятны, то Солнце мгновенно бы взорвалось. Однако внутри Солнца так много протонов, что каждую секунду в таком маловероятном процессе участвуют 3?10³⁸ протонов. Комбинация низкой вероятности события и огромного числа возможных участников — протонов — приводит к довольно значительной скорости взаимодействия.

От таких слившихся без особого желания пар протонов рождаются дейтроны. В отличие от родительских частиц они легко соединяются с другими частицами. В течение всего нескольких секунд типичный дейтрон захватывает дополнительный протон. При этом образуется новая комбинация — ядро гелия-3 (³Не). У него три возможные судьбы. Сам он эту судьбу не выбирает, она определяется законами теории вероятности. Наиболее вероятное событие (95%) — его объединение с таким же ядром. Это событие приводит к конечному результату всей цепочки реакций, а именно к образованию ядра гелия-4 (⁴Не), называемого ?-частицей, и двух протонов. Альфа-частица является ядром обычного атома гелия.

До рассмотрения двух других возможных ветвей цепочки, приводящих к выделению энергии, несколько подробнее остановимся на основной рассмотренной нами выше реакции. Сначала напишем ее в короткой форме, принятой в ядерной физике. Эту запись легко понять. В принятых символах ¹Н обозначает протон, ²Н — дейтрон, ³Не — легкий гелий, ⁴Не — обычную форму гелия, состоящего из двух протонов и двух нейтронов, е+ — позитрон, или положительно заряженный электрон, ? —нейтрино — предсказанную ранее, до ее экспериментального открытия, частицу без заряда и массы, очень редко взаимодействующую с веществом, и наконец, ? — фотон, или электромагнитную энергию (рентгеновские лучи, световое излучение, радиоволны и т. д.). Тогда описанные выше реакции запишутся так:

¹H+¹H —> ²Н + е⁺ + ?,

²Н+¹Н —> ³Не + ?,

³Не + ³Не —> ⁴Не+¹Н+¹Н.

Исходные частицы написаны слева от стрелки, а продукты реакции — справа от нее. В результате этой ветви протон-протонной цепочки из шести протонов получаются одна ?-частица (⁴Не), два протона, один позитрон, одно нейтрино и некоторое количество энергии.

Сравним массу этих шести исходных протонов с массой конечных продуктов реакции. Расчет показывает, что теряется около 0,7 % массы 4 протонов, превращаемых в результате в ядро ⁴Не. При таком процессе каждый килограмм водорода теряет массу в 7 г, которая превращается в энергию, равную 6?10¹⁴ Дж, или примерно в 200 млн. кВт-ч. Такое количество энергии значительно превышает возможности химических реакций и гораздо больше того количества тепла, которое выделилось бы при непрерывном сжатии Солнца, согласно гипотезе Кельвина и Гельмгольца. На Солнце в начале его существования было столько водорода, что это могло обеспечить сохранение современного уровня солнечного излучения в течение 10 000 млн. лет. К настоящему времени исчерпана лишь половина этих запасов.

Вернемся теперь к другим возможным ветвям протон-протонной цепочки. Частица ³Не после своего образования не обязательно сталкивается с такой же частицей, она может столкнуться, хотя и с меньшей вероятностью (около 5%), с ядром ⁴Не и образовать бериллий-7 (⁷Ве). Последовательность реакций будет такой:

¹H+¹H —> ²Н + е⁺ + ?,

²Н+ ¹Н —> ³Не + ?,

³Не + ⁴Не —> ⁷Ве + ?.

После этого есть два пути: или бериллий-7 захватит электрон е^-

⁷Ве + е^-—>⁷Li + ?,

⁷Li + ¹H —> ⁴Не + ⁴Не,

или бериллий-7 захватит протон, превратясь в бор-8 (⁸В), который, будучи неустойчивым, сразу же распадется на бериллий-8 (⁸Ве), а тот, в свою очередь, распадется на две частицы ⁴Не:

Таким образом, мы проследили три возможных пути слияния протонов, приводящих к образованию ядер обычных атомов гелия. Вероятность каждого пути можно рассчитать. В случае Солнца почти вся энергия (95%) генерируется в результате осуществления первой из трех возможных последовательностей реакций.

Имеет смысл подчеркнуть здесь, что теория генерации термоядерной энергии (т. е. получения энергии в результате уничтожения вещества) была предложена и развита для Солнца раньше, чем появилась возможность проведения управляемых термоядерных экспериментов в лабораторных условиях. Только начиная с середины 70-х годов стало возможным воссоздать в лаборатории температуры и давления, присущие солнечному ядру. Это можно сделать на короткое время путем фокусировки чрезвычайно мощного пучка лазера на капельке тяжелой воды, сжимающейся до 10¹² атмосфер при попадании в обжигающий лазерный пучок. Тяжелая вода, которую получают из обычной воды, содержит тяжелый изотоп водорода — дейтерий. Используют именно дейтерий, так как вследствие малой вероятности протон-протонной реакции она ни разу не воспроизводилась в лаборатории, хотя, как мы знаем, она идет на Солнце. Как уже отмечалось, такая реакция в естественных условиях возникает лишь при наличии огромного количества водорода внутри звезд. Поэтому для получения ядерной энергии в лаборатории нужно начинать не с водорода, а с дейтерия.

Процесс освобождения ядерной энергии в звездах сильно зависит от значений температуры и давления в центре Солнца. По величине излучения поверхности Солнца мы можем определить количество выделяющейся энергии в солнечном ядре. Каждую секунду Солнце «потребляет» около 655 млн. тонн водорода, который превращается в 650 млн. тонн гелия. В самом начале своего существования масса водорода составляла немного более 70% массы Солнца. Каждую секунду этот запас уменьшается на 5 млн. тонн. В результате жизнь Солнца может длиться еще только 5000 млн. лет: наша дневная звезда уже средних лет.

Мы слишком хорошо знаем, что при термоядерной реакции на Земле происходит гигантский взрыв (взрывается водородная бомба). Если бы удалось воспроизвести чудо Солнца в малых масштабах, то можно было бы построить термоядерные станции с водородом в качестве топлива. Но до сих пор эта задача не поддается решению. Возникает вопрос: если освобождение ядерной энергии настолько иллюзорно, то почему звезды все-таки существуют? Почему Солнце не взрывается как бомба?

На самом деле Солнце удивительно устойчиво. Оно почти не изменилось за последние несколько миллиардов лет и уж совсем не похоже на бомбу. Солнце укрощает свой ядерный ураган следующим образом.

Ядерные процессы в таком большом реакторе, как звезда, сами себя стабилизируют. Так, представим себе, что в результате какого-то возмущения Солнце немного расширилось. Это воображаемое расширение привело бы к падению температуры и давления в центре Солнца. Тогда ядерные частицы не смогли бы двигаться так быстро и так сильно соударяться. Следовательно, соединялось бы меньшее число частиц. Выделение ядерной энергии происходило бы с несколько меньшей скоростью. Это уменьшение в свою очередь понизило бы температуру и, что самое важное, уменьшило бы направленный наружу градиент давления. Таким образом, последствия первоначального возмущения автоматически ослабляются описанным процессом. Подобным же образом слабое сжатие подняло бы температуру и скорость ядерных реакций настолько, чтобы воспрепятствовать дальнейшему сжатию. В течение большей части своей жизни и жизни человечества наше Солнце находится в идеальном балансе между излучаемой энергией и энергией, выделяющейся в центральных частях Солнца. Любое кратковременное уменьшение выделения энергии быстро сводится на нет небольшим сжатием Солнца, увеличивающим давление в солнечном ядре.

Важным вспомогательным фактором устойчивости Солнца, о котором мы немного говорили раньше, является чрезвычайная непрозрачность солнечного вещества к излучению. Условия в солнечном ядре таковы, что квант излучения (фотон) может пройти всего 1 см до столкновения с частицей вещества. Такие частые столкновения приводят к тому, что излучение становится почти ненаправленным, фотоны блуждают бесцельно, пока случайно не достигнут фотосферы. Там же температура такова, что вещество внезапно становится прозрачным к видимому излучению, которое затем устремляется со скоростью света к Земле и остальной холодной Вселенной. Примерно 10 млн. лет солнечная энергия просачивается от ядра Солнца к его поверхности. Если бы Солнце вдруг стало прозрачным, то все излучение без задержки устремилось бы наружу, не образовав стабилизирующего градиента давления. Солнце стало бы космической бомбой.

Первый шаг в процессе освобождения солнечной энергии состоит в объединении двух протонов для образования дейтрона. В солнечных условиях это событие имеет малую вероятность, однако оно происходит достаточно часто для того, чтобы поддерживать излучение Солнца. Если бы не было стабилизирующих факторов, несомненно, появилась бы взрывная ситуация. Сразу же после начала взрыва температура и давление в центре Солнца резко бы возросли. Подъем температуры привел бы к росту скорости протонов, к увеличению частоты столкновений и слияний и, следовательно, к увеличению скорости выделения энергии. Короче говоря, произошел бы взрыв, похожий на взрыв бомбы. Этот процесс на самом деле имеет место в конце жизни звезд, более массивных, чем Солнце.

Сейчас мы достигли той стадии, на которой я хочу более тщательно рассмотреть способы переноса энергии от центра Солнца к его поверхности. В элементарной физике рассматриваются три возможных механизма переноса энергии: теплопроводность, конвекция и излучение. Первый процесс важен только в твердых телах и не играет существенной роли для звезд и Солнца. Конвекция представляет собой перенос тепла путем движений масс нагретого вещества, в то время как излучение непосредственно переносит энергию со скоростью света посредством электромагнитных волн (радиоволны, свет, рентгеновские лучи и т. д.).

Фотоны, освобождающиеся при ядерных реакциях в центре Солнца, являются высокоэнергичными гамма-лучами. Они прокладывают себе путь вперед через бесчисленные столкновения с электронами и ядрами. Этот столкновительный процесс увеличивает число фотонов и одновременно уменьшает их среднюю энергию при диффузии из ядра: сначала возникает рентген и крайний ультрафиолет, затем ультрафиолет и, наконец, видимый свет. На протяжении сотен тысяч километров излучение является основным способом переноса энергии на Солнце. Конвекция начинает преобладать только на подступах к фотосфере. То, что конвекция отсутствует внутри или вблизи ядра, имеет весьма важные последствия: конечные продукты ядерного сгорания не перемешиваются с веществом самых верхних слоев Солнца. Поэтому солнечная атмосфера, которую мы можем наблюдать непосредственно, не загрязнена отходами ядерных реакций, происходящих в центре Солнца, а имеет все еще такой же состав, как и молодое Солнце 5 млрд. лет тому назад. Это дает нам важный источник информации о химическом составе Солнца на ранних стадиях его развития.

Когда фотоны приближаются к последней части пути путешествия к поверхности Солнца, в недрах Солнца наступают важные перемены. Давление, температура и плотность уменьшаются от ядра к фотосфере. При приближении к фотосфере они изменяются так сильно, что возникает конвекция. Совершая наше воображаемое путешествие от ядра, мы, наконец, встречаемся с атомными ядрами, температура, а следовательно, и тепловая скорость которых уменьшились настолько, что они оказались способными частично заполнить свои орбиты электронами. Такие только частично заполненные атомы называются ионами. Эти ионы оказывают сильное влияние на перенос излучения, спектр которого между тем переместился из области гамма-лучей в ультрафиолетовую область. Ультрафиолетовые фотоны легко могут быть поглощены солнечными ионами (высокоэнергичные гамма-лучи, если бы они все еще существовали, просто разбили бы ионы на части). Внезапно фотоны начинают поглощаться основной массой солнечного вещества, а не перебрасываться, как раньше, от одного ядра к другому. Другими словами, в этой области Солнца вещество становится полностью непрозрачным. Энергия оказалась захваченной веществом.

Вещество в ответ на такой приток энергии начинает яростно бурлить. Ситуация становится локально неустойчивой; непрозрачное вещество, не пропускающее излучения, стремится подняться к более холодным слоям атмосферы Солнца, что приводит к возникновению турбулентной конвекции. Конвекция является очень эффективным способом переноса энергии внутри звезд, и поэтому наши фотоны последнюю часть пути к фотосфере проходят очень быстро. Конвективная зона возникает на глубине около 150 000 км и тянется до фотосферы. Как уже отмечалось, фотосфера — переходная область, в которой Солнце становится чрезвычайно прозрачным в видимой области спектра. В форме видимого излучения большая часть энергии покидает Солнце.

Теоретики полагают, что конвективная зона состоит, по-видимому, из трех слоев конвективных ячеек. Глубже всего образуются гигантские ячейки диаметром в 150 000 км каждая. Выше расположен промежуточный слой ячеек, несущих энергию к бурлящей фотосфере. Еще выше лежит слой малых ячеек диаметром в несколько тысяч км и толщиной около 1500 км, достигающий поверхности. Верхушки этого слоя и представляют собой видимую поверхность Солнца. Наконец-то фотоны могут беспрепятственно (или почти беспрепятственно) начать свое путешествие в космическое пространство, которое для большинства из них длится целую вечность. Только одна миллиардная (10^-9) часть этих фотонов придет на Землю.

На фотографиях, полученных при помощи телескопов в периоды хорошего качества изображения, видна тонкая «крапчатая» структура солнечной поверхности. Эта структура связана с конвективными ячейками и называется грануляцией. Некоторые из таких фотографий высокого качества получены при помощи телескопов, поднятых на большие высоты воздушными шарами (баллонами). Бурлящая поверхность Солнца непрестанно меняется по мере того, как образуются и исчезают отдельные гранулы, живущие всего несколько минут Измерения скорости в грануле показали, что в ярком центре гранулы вещество движется вверх, а на темной границе гранулы, где температура меньше, движение направлено вниз.

Рис. Гранулы представляют собой поднимающиеся вверх за счет конвекции столбики плазмы.

В то время как конвекция сильно возбуждает фотосферу, важные физические процессы происходят в хромосфере. Бурлящая фотосфера возбуждает хромосферную активность. Толчки снизу приводят к возникновению волн давления, или звуковых волн, пересекающих хромосферу. При своем прохождении через хромосферу волны нагревают вещество, увеличивая скорость атомов. Звуковые волны частично поглощаются в хромосфере. Этим поглощением механической энергии в некоторой степени и объясняется резкий подъем температуры хромосферы от 4500 К до 10⁶ К. Основание хромосферы представляет собой самую холодную область внешних слоев Солнца. Внутри хромосферы при подъеме на 2 м температура увеличивается на 1°. Кроме звуковых волн свою энергию передают хромосфере магнитогидродинамические и гравитационные волны, также возбуждаемые в фотосфере.

Рис. Верхняя хромосфера Солнца.

На границе хромосферы и короны температура достигает 10⁶ К. Внутри короны температура лежит в интервале (1—2)?10⁶ К; корона является самой горячей областью атмосферы Солнца. Она — мощный источник рентгеновской эмиссии, однако очень слабо излучает в видимой области спектра. Гравитационное поле не может надежно удерживать горячую корону; самый верхний слой короны истекает в космическое пространство, образуя солнечный ветер.

Рис. Солнечная корона.

Солнечный ветер исследуется космическими зондами. Несомненно, он движется в основном за счет энергии, выкачиваемой из конвективных областей Солнца. Выйдя из Солнца, частицы, унося с собой небольшую часть потока солнечной энергии, могут пересечь межпланетное пространство.

Проведенное нами исследование потока солнечной энергии от ядерной «печи» в центре Солнца до холодной Вселенной потребовало весьма существенных знаний об архитектуре Солнца, структуре его различных слоев, в частности о распределении температуры и плотности, а также полного представления о силах, приводящих к устойчивости Солнца. Стоит еще раз подчеркнуть, что Солнце — это единственная звезда, ряд физических характеристик которой можно измерить. Так, астрономы не могут обнаружить потоки частиц звездных ветров даже от ближайших звезд. Звездные короны в настоящее время обнаруживаются при помощи рентгеновских телескопов. Возможность исследования энергетических источников звезд вообще, а пекулярных звезд в частности, появилась только после того, как были обнаружены источники солнечной энергии, а именно ядерные реакции. Поэтому представляется законным вопрос, насколько уверенными могут быть астрономы в правильности нарисованной здесь картины? В весьма высокой степени, отвечают астрономы, однако ни один ученый не может быть настолько наивен, чтобы настаивать на абсолютной достоверности наших знаний о таком сложном объекте, как Солнце. Как мы увидим в следующей главе, до сих пор существуют некоторые сомнения относительно достоверности наших моделей внутренних слоев Солнца.