Протуберанцы

Протуберанцы (нем. Protuberanzen, от лат. protubero — вздуваюсь) — плотные конденсации холодного вещества, которые поднимаются и удерживается над поверхностью Солнца магнитным полем.

Изучение протуберанцев началось с затмения Солнца 8 июля 1842 года, когда Араго, Эри и другие астрономы заметили их в виде ярко-розовых выступов вокруг чёрного диска Луны. Во время наблюдения солнечного затмения 18 августа 1868 года Пьер Жансен независимо от Дж. Локьера применил новый метод наблюдения протуберанцев вне затмения, сделал вывод об их газообразном характере. Много ценных сведений о солнечных протуберанцах и их быстрых изменениях было получено путём кинематографирования их методом замедленной съёмки. В настоящее время процессы, происходящие в солнечной атмосфере, наблюдаются и исследуются при помощи спутников и космических станций.

Протуберанцы хорошо видны во время полных солнечных затмений. Вне затмений наблюдаются с помощью особых спектральных приборов (протуберанц-спектроскопов)^[1], интерференционных фильтров, внезатменных коронографов (коронограф Лио), хромосферных телескопов. В проекции на солнечный диск протуберанцы заметны в виде тёмных волокон.

Волокна это тёмные вытянутые структуры, хорошо видимые в солнечной хромосфере в красной линии водорода H-альфа. Они представляют из себя конденсации из плотной и более холодной, чем окружающее вещество плазмы, приподнятые и удерживаемые над солнечной поверхностью петлями магнитного поля.

Классификация

Протуберанец I типа

Протуберанец II типа

Протуберанец III типа

Протуберанцы отличаются волокнистой и клочковатой структурой постоянно движущихся нитей и сгустков плазмы и многообразием форм, классифицируемых либо по морфологическим, либо по динамическим признакам.

По виду протуберанца, по скорости и особенностям движения вещества в нём его можно отнести к одному из следующих классов:

• Спокойные - движения вещества и изменение формы в них медленные; время существования недели и даже месяцы; наблюдаются во всех гелиографических широтах. Они возникают либо вдали от групп солнечных пятен, либо вблизи них на поздних стадиях их развития. Кинетическая температура - 15000°.
• Активные - в них происходят довольно быстрые движения потоков вещества от протуберанца к фотосфере, от одного протуберанца к другому. Многие спокойные протуберанцы также переживают активную стадию, длящуюся от десятков минут до нескольких суток, заканчивающуюся либо полным исчезновением, либо превращением его в эруптивный протуберанец. Кинетическая температура - 25000°.
• Эруптивные, или изверженные - по виду напоминают громадные фонтаны, достигающие высот до 1,7 млн. км над поверхностью Солнца. Движения сгустков вещества в них происходят быстро; извергаются со скоростями в сотни км/сек и довольно быстро изменяют свои очертания. При увеличении высоты протуберанец слабеет и рассеивается. В некоторых протуберанцах наблюдались резкие изменения скорости движения отдельных сгустков. Эруптивные протуберанцы непродолжительны.
• Корональные, или петлеобразные - возникают над хромосферой в виде небольших облачков, сливающихся затем в одно облако, из которого отдельными струями вниз к хромосфере спускаются потоки светящегося вещества. Все явление длится несколько часов. Большие протуберанцы и энергичные корональные выбросы достаточно редки, они случаются значительно чаще вблизи максимума 11-летнего солнечного цикла активности, когда наблюдается много пятен и других активных явлений.

Следующая классификация протуберанцев, учитывающая характер движения материи в них и форму протуберанцев, выработана в КрАО:

• I тип (встречается редко) имеет форму облака или струи дыма. Развитие начинается от основания вещество поднимается по спирали на большие высоты. Скорость движения вещества может достигать 700 км/сек. На высоте около 100 тыс. км от протуберанца отделяются куски, падающие затем обратно по траекториям, напоминающим силовые линии магнитного поля.
• II тип имеет форму искривлённых струй, начинающихся и кончающихся на поверхности Солнца. Узлы и струи движутся как бы по магнитным силовым линиям. Скорости движения сгустков - от нескольких десятков до 100 км/сек. На высотах в несколько сотен тысяч км струи и сгустки угасают.
• III тип имеет форму кустарника или дерева; достигает очень больших размеров. Движения сгустков (до десятков км/сек) неупорядочены.

Теория

Полной теории, объясняющей разнообразные явления, связанные с солнечными протуберанцами, ещё нет. Несомненно, что, помимо силы тяжести, тут играют большую роль электрические и магнитные силы.

Химический состав протуберанцев соответствует составу обращающего слоя, однако физические условия в них таковы, что в спектре спокойных протуберанцев преобладают линии водорода и однократно ионизированного кальция; в протуберанцах связанных с солнечными пятнами (такова большая часть изверженных), выделяются также линии различных металлов. Ширина, интенсивность и другие особенности этих линий указывают на то, что для протуберанцев характерны температуры 6—8 тыс. К при концентрации частиц (1—5)*10¹⁰ см^-3. Длительное существование протуберанцев показывает, что его вещество удерживают магнитные силы. Наличие магнитных полей в протуберанцах напряжённостью в несколько сотен эрстед установлено спектроскопическими наблюдениями.

Интересные факты

• В фильме (скачать 4.0 MB MPEG) показана эрупция одного из самых известных протуберанцев, имеющем название "Большой дедушка (Granddaddy)" и наблюдавшемся в 1945 году вблизи максимума солнечного цикла.
• В июне 1946 года, астрономы увидели на Солнце самый высокий протуберанец за всю историю наблюдений. Его высота составляла 1,7 миллиона километров (Сергей Язев, директор астрономической обсерватории ИГУ)
• Udin W. и Verma V. K. 25 января 1991 года (вблизи максимума солнечного цикла) сообщили о максимальных скоростях извержения протуберанцев около 1280 км/сек, но, возможно, речь идёт не о скорости вещества, а о скорости волны. (IngentaConnect)
• Спутником SOHO 18 марта 2003 года впервые были засняты два одновременных протуберанца с противоположных сторон диска Солнца. Оба они прекратили своё существования шесть часов спустя. Является ли это событие случайным или зависимым - ещё предстоит решить астрофизикам. (SciTecLibrary.ru от 2 апреля 2003 года)
• 17 апреля 2009 года космическая обсерватория ТЕСИС на борту российского спутника «Коронас-Фотон» зафиксировала выброс гигантского протуберанца в глубоком минимуме активности Солнца: в межпланетное пространство был выброшен протуберанец длиной в 50 раз больше диаметра Земли (TESIS, скачать фильм 4.0 MB (WMV)).

Источники

• Энциклопедия Кругосвет
• Энциклопедия Брокгауза и Ефрона
• Физика космоса (маленькая энциклопедия), 1986
• Куликовский, Пётр Григорьевич. Справочник любителя астрономии. — изд. 4-е. — М. УРСС, 1971. — С. 632 с илл. — ISBN 5836003033

Примечания

1. ↑ Специальный спектроскоп, предназначенный для наблюдений протуберанцев, находящихся на краю солнечного диска. К 70-м годам XX века протуберанц-спектроскоп потерял научное значение.

Галерея

Internal Corona Solar eject

Solar Prominences 85,000 Miles High (Photographed with the Snow Telescope and five-foot spectroheliograph, Aug. 21, 1909)

Photo amateur d'une protubérance solaire au coronographe