Проблема существования внеземной жизни на телах Солнечной системы остро интересует уже многие поколения не только профессионалов, но и многих жителей Земли. Прежде всего, необходимо понять какие тела по условиям естественной среды могут претендовать на роль обители внеземной жизни. После того, как окончательно установилось мнение, что значительная часть кислорода в земной атмосфере (около 21%) является результатом деятельности биомассы, наличие кислорода в среде других тел стало одним из указаний на существование хотя бы примитивных форм живых организмов.

Летом 1995 г. с помощью спектрографа высокого разрешения, установленного на Космическом телескопе им. Хаббла, в ультрафиолетовой части спектра Европы были обнаружены детали, свойственные молекулярному кислороду. На этом основании был сделан вывод о наличии у Европы кислородной атмосферы, простирающейся до высот около 200 км. Конечно, общая масса этой газовой оболочки ничтожна. По оценкам, давление атмосферы у поверхности Европы составляет всего лишь 10 -11 от давления земной атмосферы. С большой вероятностью кислород на Европе имеет небиологическое происхождение. По-видимому, существует процесс испарения незначительного количества водяного льда, которым, как упоминалось выше, покрыта поверхность Европы. Вероятной причиной может быть, например, микрометеоритная бомбардировка с последующим разложением молекул водного пара и потерей более легкого водорода. При температуре поверхности Европы около 130 К тепловые скорости молекул кислорода не столь велики, чтобы привести к быстрой диссипации газа, а постоянная подпитка парами воды способствует сохранению постоянной, хотя и сильно разреженной, атмосферы юпитерианского спутника.

Озон, обнаруженный примерно в то же время и с той же аппаратурой на другом спутнике Юпитера - Ганимеде, скорее всего имеет аналогичное по природе происхождение. Общая масса озона в предполагаемой кислородной атмосфере Ганимеда составляет не более 10% массы этого газа, ежегодно теряемой над южным полюсом Земли в области антарктической озонной дыры.

Пример ледяных спутников Юпитера показывает, что существенным условием развития организмов является соответствующая температура среды. По этому признаку из всех крупных планет может быть выделен только Марс (рис. 14). Температурный режим вблизи экватора этой планеты почти приближается к условиям полярных или высокогорных районов Земли. Давление марсианской атмосферы у поверхности почти такое же, как на высоте 30 км над Землей. Многочисленные структуры, напоминающие русла высохших рек или системы оврагов, возможно, говорят о существовании в прошлом открытых водоемов на поверхности планеты. Наконец, специфические формы выбросов вокруг некоторых ударных кратеров убедительно свидетельствуют в пользу существования криолитосферы, то есть довольно мощных подповерхностных слоев льда (рис. 15).

Рис. 14. Снимки Марса, полученные Космическим телескопом им. Хаббла. На светлом фоне северной полярной шапки можно видеть зарождение и развитие пылевого вихря (темная деталь).

Рис. 15. Область марсианской поверхности с ударными кратерами различного возраста. В области кратера с вытянутыми очертаниями видны характерные "наплывы", возникающие в случае, когда происходит ударное расплавление подповерхностных льдов.

Вывод о возможном существовании жизни на Марсе, как известно, далеко не нов и широко пропагандировался еще во времена Дж. Скаипарелли и П. Лоувелла. Но столь очевидное свидетельство, как окаменелые бактерии, появилось впервые.

Если посещение окрестностей Земли гипотетическими транснептуновыми телами пока требует дополнительного подтверждения, то обмен веществом между Луной и Землей, а также между Марсом и Землей является уже свершившимся фактом. Помимо образцов лунных пород, доставленных на Землю с поверхности Луны автоматическими станциями и космическими кораблями, насчитывается 15 фрагментов лунного вещества общей массой 2074 г., попавших на нашу планету естественным путем в виде метеоритов. Лунное происхождение их подтверждается тем, что по структурным, минералогическим, геохимическим и изотопным характеристикам данные метеориты идентичны хорошо изученным в земных лабораториях лунным породам. Невероятно, но факт.

Еще более невероятным выглядит присутствие на Земле 78,3 кг марсианского вещества также в виде отдельных осколков, выпавших на Землю. Некоторые из этих 12 метеоритов были найдены в разных частях земного шара еще в прошлом веке. По своим необычным характеристикам некоторые осколки - шерготтиты, наклиты и шассиньиты, получившие названия по местам первых находок, были отнесены к особой группе. В частности, все они имеют необычно поздний возраст кристаллизации - от 0,65 до 1,4 млрд. лет. Однако, настоящую известность эти космические пришельцы приобрели сравнительно недавно, когда было установлено, что типичный только для них изотопный состав редких газов с большой вероятностью указывает на их марсианское происхождение. Изотопные отношения являются очень стабильной характеристикой вещества и надежным указателем на его происхождение. А в августе 1996 г. достоянием научного мира стала сенсация, получившая небывало сильный общественный резонанс: Д. Мак-Кей с группой сотрудников Космического центра им. Джонсона объявил о наличии в одном из марсианских метеоритов окаменелых остатков древних микроорганизмов внеземного происхождения.

Метеорит ALH84001 весом 1930,9 г был найден в Антарктиде в 1984 г. По данным предварительных исследований сильное ударное воздействие этот фрагмент претерпел 16 млн. лет назад. По-видимому, эта временная отметка соответствует времени выброса камня за пределы Марса и началу его космического путешествия. В земную среду метеорит попал 13000 лет назад.

С помощью сканирующего электронного микроскопа удалось получить изображения внутренней структуры метеорита, на которых обнаружены детали характерной формы с размерами от 2х10 -6 до 10х10 -6 см. На рис. 16 показано изображение единичной окаменелости, а на рис. 17 - целой "колонии" древних марсианских бактерий.

Рис. 16. Изображение предполагаемой окаменелости марсианского микроорганизма, полученное с помощью сканирующего электронного микроскопа.

Рис. 17. Группа микроокаменелостей, обнаруженных внутри марсианского метеорита.

Для доказательства биологического происхождения обнаруженных реликтов исследователи выстроили целую систему сопутствующих аргументов. В частности, они обратили внимание, что все эти структуры располагаются внутри карбонатовых глобул (отложений карбонатов, окислов, сульфидов и сульфатов железа), возраст которых составляет 3,6 млрд. лет, то есть несомненно относится ко времени пребывания метеорита в марсианской среде. Кроме того, изотопный состав кислорода и углерода, образующих минералы глобул, однозначно соответствует изотопным характеристикам марсианских аналогов этих газов, определенных непосредственно на Марсе приборами космических аппаратов "Викинг" в 1976 г. Наконец, в земных условиях органические соединения, подобные тем, что обнаружены вокруг микроокаменелостей, являются продуктами жизнедеятельности и последующего разложения погибших древних бактерий. Обращающим на себя внимание отличием земных и марсианских бактерий являются их сравнительные размеры. Бактерии Земли в 100 - 1000 раз крупнее своих марсианских аналогов. Это обстоятельство является существенным с точки зрения микробиологии, поскольку в таком малом объеме не могут поместиться все клеточные механизмы, необходимые с земной точки зрения для нормальной жизнедеятельности, в частности, структура ДНК. Удовлетворительного объяснения этому не найдено и пока приходится довольствоваться тем соображением, что у древних марсианских бактерий могли быть свои понятия о нормальной жизнедеятельности.

Таким образом, в настоящий момент реально известная нам внеземная жизнь представлена лишь единственным свидетельством - окаменевшими реликтами бактерий с возрастом более 3 млрд. лет.

Планетные системы во Вселенной

В данном случае речь не пойдет о проблеме существования жизни за пределами Солнечной системы. Вопрос подразумевает возможность существования планетных систем, подобных нашей, около других звезд. Конечно, общий интерес к происхождению и развитию жизни во Вселенной стимулирует поиски планет у других звезд. Но есть и другая сторона проблемы. Располагая лишь одним, к тому же плохо изученным примером - нашей Солнечной системой, нельзя в достаточной степени понять общие закономерности происхождения и эволюции планетных систем в целом, в том числе и нашей собственной.

Поиски планет рядом с другими звездами осложнены естественными обстоятельствами: необходимо обнаружить слабый несамосветящийся объект вблизи яркой звезды. Первые намеки на реальное существование пылевой материи вблизи звезд были получены с помощью инфракрасных наблюдений. Инфракрасный телескоп с высокой чувствительностью, установленный на спутнике "IRAS", обнаружил слабые избытки ИК-излучения у ряда звезд, которые можно было интерпретировать, как излучения протопланетных дисков.

Первое изображение облака околозвездной пыли удалось получить с помощью своеобразного "внезатменного коронографа" на 2,5-метровом телескопе ESO Б.Смиту и Р. Террилу в 1984 г. Размеры диска, окружающего звезду Живописца, оказались гораздо больше диаметра Солнечной системы - около 400 а. е.

Внеатмосферные наблюдения значительно расширили возможности поиска. Были получены изображения начальной стадии формирования планетных систем из газо-пылевых околозвездных туманностей. На рис. 18 приведено изображение небольшой части (поперечником всего лишь около 0,14 световых лет) туманности Ориона, полученное Космическим телескопом им. Хаббла в 1993 г. В поле зрения оказались пять молодых звезд, вокруг четырех из которых были обнаружены протопланетные диски. Яркими выглядят образования, которые расположены близко к родительской звезде. Если основная масса пылевой материи удалена на более значительное расстояние, протопланетный диск выглядит темным (в правой части снимка). Крупномасштабное изображение подобной структуры показано на рис. 19.

Рис. 18. Протопланетные диски, обнаруженные около молодых звезд в Туманности Ориона. Изображение получено Космическим телескопом им. Хаббла.

Рис. 19. Изображение одного из протопланетных дисков, полученное Космическим телескопом им. Хаббла.

Увидеть следующую стадию эволюции планетных систем - формирование отдельных планет пока еще сложно. Для обнаружения спутников звезд приходится использовать в основном косвенные методы. Можно измерить небольшие периодические изменения блеска родительской звезды, полагая, что в эти моменты она частично затеняется крупным спутником-планетой. Если удается уверенно измерить ничтожные вариации в скорости собственного движения звезды, это может служить указанием на ее движение вокруг общего с крупными планетами центра масс. Такие данные позволяют оценить параметры предполагаемых спутников.

В настоящее время насчитывается около десяти случаев обнаружения около звезд отдельных спутников, параметры которых удалось оценить. Но прямое изображение получено лишь в одном случае. На рис. 20 представлен снимок спутника, обращающегося вокруг красного карлика Gliese 229.

Рис. 20. Снимок спутника звезды Gliese 229. Изображение получено Космическим телескопом им. Хаббла.

Снимок сделан Космическим телескопом им. Хаббла в ноябре 1995 г. На снимке изображение самой звезды отсутствует. Светлый ореол в левой части кадра является лишь засветкой части площади приемника телескопа. Спутник звезды, обозначенный как Gliese 229 B, обращается на среднем расстоянии 44 а. е. Его масса оценивается в 20 - 60 масс Юпитера. Планетой назвать этот объект нельзя - он относится к коричневым карликам и, следовательно, более правильно было бы назвать его звездой-спутником. Но в то же время, коричневые карлики являются объектами, сформировавшимися тем же путем, что и звезды, но с малой массой, которая не может обеспечить нормальное протекание ядерных реакций в их недрах. Границей, разделяющей типичные звезды и коричневые карлики, считается масса, равная 75 - 80 массам Юпитера. В связи с этим возникла новая проблема. Часть обнаруженных объектов по массе предположительно больше, чем Юпитер, а где проходит граница между планетами - газовыми гигантами и коричневыми карликами пока достоверно не установлено, потому что в этом случае основным критерием является не масса объекта, а механизм его формирования. Расчетами установлено, что нижней границей массы тела, при которой работает механизм формирования именно звезды, а не газового гиганта, является величина, равная 10 - 20 массам Юпитера. Но более точных критериев, по которым можно было бы корректно отделить спутник-планету от спутника - коричневого карлика, пока нет. И можно ли говорить о наличии планетной системы, если у звезды обнаружен лишь один спутник?

Модельные расчеты и пример нашей собственной Солнечной системы показывают одно: признать существование планетной системы можно лишь в случае, когда звезда имеет больше двух спутников, заведомо не являющихся коричневыми карликами, то есть по массе существенно не превышающими Юпитер. Из известных в настоящее время систем этому условию отвечает лишь одна - спутниковая система пульсара PSR 1257+12 в созвездии Девы, отдаленном от нас на расстояние около 1000 световых лет. Три достоверно установленных спутника пульсара образуют систему, по размерам почти не превышающую орбиту Меркурия вокруг Солнца, с полуосями орбит соответственно: 0,19, 0,36 и 0,47 а.е. Периоды обращения спутников также близки к меркурианскому: 23, 66 и 95 земных суток. По массе ближайший к пульсару спутник предположительно равен Плутону. Средний спутник в 3 раза более массивен, чем Земля. Самый удаленный объект превышает по массе нашу планету в 1,6 раза. Таким образом, планетная система пульсара PSR 1257+12 - единственная достоверно известная в настоящее время - по природе центральной звезды (нейтронная звезда) и по характеристикам спутников резко отличается от нашей собственной и, следовательно, не может ничего сообщить о типичных механизмах формирования планет и спутников. Пока мы по-прежнему остаемся одинокими во Вселенной.

СОЛНЦЕ

Масса= 1.99 10 30 кг. Диаметр = 1.392.000 км. Абсолютная звёздная величина = +4.8. Спектральный класс= G2. Температура поверхности = 5800 о К.

Период обращения вокруг оси = 25 ч(полюса) -35 ч (экватор) Период обращения вокруг центра галактики = 200.000.000 лет

Расстояние до центра галактики 25000 свет. лет Скорость движения вокруг центра галактики = 230 км/сек.

Солнце. Звезда давшая начало всему живому в нашей системе, приблизительно в 750 раз превосходит по массе все остальные тела солнечной системы, поэтому всё в нашей системе можно считать обращающимся вокруг солнца, как общего центра масс.

Солнце - это сферически симметричный раскаленный плазменный шар, находящийся в равновесии. Оно, вероятно, возникло вместе с другими телами Солнечной системы из газопылевой туманности примерно 5 млрд. лет назад. В начале своей жизни солнце, примерно на 3/4 состояло из водорода. Затем, из-за гравитационного сжатия, температура и давление в недрах настолько увеличились, что самопроизвольно начала происходить термоядерная реакция, в ходе которой водород превращаться в гелий. В результате этого очень сильно поднялась температура в центре Солнца, (порядка 15.000.000 К), а давление в его недрах возросло настолько (1,5 . 10 5 кг/м 3), что смогло уравновесить силу тяжести и остановить гравитационное сжатие. Так возникла современная структура Солнца. За время существования Солнца уже около половины водорода в его центральной области превратилось в гелий и вероятно ещё через 5 млрд. лет, когда в центре светила водород будет на исходе, Солнце (жёлтый карлик в настоящее время) увеличится в размерах и станет красным гигантом.

Вообще масса звезды однозначно определяет её дальнейшую судьбу. Наше солнце закончит свою жизнь как белый карлик, порадовав неведомых нам внеземных астрономов будущего новой планетарной туманностью, форма которой может оказаться весьма причудливой благодаря влиянию планет.

Мощность излучения Солнца 3,8 . 10 20 МВт. 48 % излучения приходится на видимую область спектра, 45 % на инфракрасную, а остальные 8 % распределяются между остальными (радио,ультрафиолет, и т. д.). На Землю, через 8 минут и 20 секунд после излучения, падает только около половины миллиардной доли. Однако она поддерживает в газообразном состоянии земную атмосферу, постоянно нагревает сушу и водоемы, дает энергию ветрам и водопадам, обеспечивает жизнедеятельность животных и растений.

Почти вся энергия Солнца генерируется в центральной области с радиусом примерно 1 / 3 солнечного. Через слои, окружающие центральную часть, эта энергия передается наружу. На протяжении последней трети радиуса находится конвективная зона. Причина возникновения перемешивания (конвекции) в наружных слоях Солнца та же, что и в кипящем чайнике: количество энергии, поступающие от нагревателя, гораздо большее того, которое отводится теплопроводностью. Поэтому вещество вынуждено приходит в движение и начинает само переносить тепло. Над конвективной зоной располагаются непосредственно наблюдаемые слои Солнца, называемые его атмосферой.

Солнечная атмосфера также состоит из нескольких различных слоев. Самый глубокий и тонкий из них- фотосфера, непосредственно наблюдаемая в видимом непрерывном спектре. Толщина фотосферы всего около 300 км. Чем глубже слои фотосферы, тем они горячее. Во внешних более холодных слоях фотосферы на фоне непрерывного спектра образуются фраунгоферовы линии поглощения.

Во время наибольшего спокойствия земной атмосферы в телескоп можно наблюдать характерную зернистую структуру фотосферы. Чередование маленьких светлых пятнышек- гранул- размером около 1000 км., окруженных темными промежутками, создает впечатление ячеистой структуры- грануляции. Возникновение грануляции связано с происходящей под фотосферой конвекцией. Отдельные гранулы на несколько сотен градусов горячее окружающего их газа, и в течении нескольких минут их распределение по диску Солнца меняется. Спектральные измерения свидетельствуют о движении газа в гранулах, похожих на конвективные: в гранулах газ поднимается, а между ними- опускается.

Эти движения газов порождают в солнечной атмосфере акустические волны, подобные звуковым волнам в воздухе.

Распространяясь в верхние слои солнечной атмосферы, волны, возникшие в конвективной зоне и в фотосфере, передают им часть механической энергии конвективных движений и производят нагревание газов последующих слоев атмосферы- хромосферы и короны. В результате верхние слои фотосферы с температурой около 4500K оказываются самыми "холодными" на Солнце. Как вглубь, так и вверх от них температура газов быстро растет.

Расположенный над фотосферой слой, называемый хромосферой, во время полных солнечных затмений в те минуты, когда Луна полностью закрывает фотосферу, виден как розовое кольцо, окружающее темный диск. На краю хромосферы наблюдаются выступающие как бы язычки пламени- хромосферные спикулы, представляющие собою вытянутые столбики из уплотненного газа. Тогда же можно наблюдать и спектр хромосферы, так называемый спектр вспышки. Он состоит из ярких эмиссионных линий водорода, гелия ионизированного кальция и других элементов, которые внезапно вспыхивают во время полной фазы затмения. Выделяя излучение Солнца в этих линиях, можно получить в них его изображение.

Хромосфера отличается от фотосферы значительно более неправильной неоднородной структурой. Заметно два типа неоднородностей- яркие и темные. По своим размерам они превышают фотосферные гранулы. В целом распределение неоднородностей образует так называемую хромосферную сетку, особенно хорошо заметную в линии ионизированного кальция. Как и грануляция, она является следствием движений газов в подфотосферной конвективной зоне, только происходящие в более крупных масштабах. Температура в хромосфере быстро растет, достигая в верхних ее слоях десятков тысяч градусов.

Самая внешняя и самая разреженная часть солнечной атмосферы- корона, прослеживающаяся от солнечного лимба до расстояний в десятки солнечных радиусов и имеющая температуру около миллиона градусов. Корону можно видеть только во время полного солнечного затмения либо с помощью коронографа.

Солнечная атмосфера постоянно колеблется. В ней распространяются как вертикальные, так и горизонтальные волны с длинами в несколько тысяч километров. Колебания носят резонансный характер и происходят с периодом около 5 минут.

В возникновении явлений, происходящих на Солнце, большую роль играет магнитное поле, которое сильнее земного в 6000 раз. Вещество на Солнце всюду представляет собой намагниченную плазму, смесь электронов и ядер водорода и гелия. Иногда в отдельных областях напряженность магнитного поля быстро и сильно возрастает. Этот процесс сопровождается возникновением целого комплекса явлений солнечной активности в различных слоях солнечной атмосферы. К ним относятся факелы и пятна в фотосфере, флоккулы в хромосфере, солнечные вспышки зарождающиеся в хромосфере и протуберанцы (выбросы вещества) в короне.

Солнечные пятна появляются парами в тех местах, где линии искаженного магнитного поля выходят из поверхности и входят в нее. Пара пятен при этом образует пару полюсов поля - южный и северный. В годы повышенной солнечной активности магнитное поле искажено сильнее и пятен на Солнце больше. В годы "спокойного" Солнца пятен может не быть вовсе. Период изменения солнечной активности приближенно принято считать равным 11,2 года. После появления пятна могут просуществовать от нескольких часов до нескольких месяцев. Форма и размеры пятен бывают различными. Их температура на 1000-1500°ниже, чем у остальной поверхности Солнца, и лишь поэтому они кажутся темными. Холодными пятна можно считать только относительно прочих частей поверхности Солнца.

Солнце- мощный источник радиоизлучения. В межпланетное пространство проникают радиоволны, которые излучает хромосфера (сантиметровые волны) и корона (дециметровые и метровые волны).

Радиоизлучение Солнца имеет две составляющие- постоянную и переменную (всплески, "шумовые бури"). Во время сильных солнечных вспышек радиоизлучение Солнца возрастает в тысячи и даже миллионы раз по сравнению с радиоизлучением спокойного Солнца. Это радиоизлучение имеет нетепловую природу.

Рентгеновские лучи исходят в основном от верхних слоев хромосферы и короны. Особенно сильным излучение бывает в годы максимума солнечной активности.

Солнце излучает не только свет, тепло и все другие виды электромагнитного излучения. Оно также является источником постоянного потока частиц- корпускул. Нейтрино, электроны, протоны, альфа-частицы, а также более тяжелые атомные ядра все вместе составляют корпускулярное излучение Солнца. Значительная часть этого излучения представляет собой более или менее непрерывное истечение плазмы- солнечный ветер, являющийся продолжением внешних слоев солнечной атмосферы- солнечной короны. На фоне этого постоянно дующего плазменного ветра отдельные области на Солнце являются источниками более направленных, усиленных, так называемых корпускулярных потоков. Скорее всего они связаны с особыми областями солнечной короны- коронарными дырами, а также, возможно, с долгоживущими активными областями на Солнце. Наконец, с солнечными вспышками связанны наиболее мощные кратковременные потоки частиц, главным образом электронов и протонов. В результате наиболее мощных вспышек частицы могут приобретать скорости, составляющие заметную долю скорости света. Частицы с такими большими энергиями называются солнечными космическими лучами.

Солнечное корпускулярное излучение оказывает сильное влияние на Землю, и прежде всего на верхние слои ее атмосферы и магнитное поле, вызывая множество геофизических явлений.

Специалисты НАСА (Национальное управление США по аэронавтике и исследованию космического пространства), ведущие наблюдение за поведением Солнца, зарегистрировали переворот магнитных полюсов. Они отмечают, что северный магнитный полюс Солнца, который был в северном полушарии только несколько месяцев назад, теперь находится в южном.

Впрочем, такое перевернутое местоположение магнитных полюсов не является уникальным событием. Полный 22-летний магнитный цикл связан с 11-летним циклом солнечной активности и переворот полюсов случается во время прохождения максимума.

Магнитные полюса Солнца останутся теперь на новых местах до следующего перехода, который случается с регулярностью часового механизма. Загадочен секрет этого явления, и до сих пор тайной остается цикличность солнечной активности. Геомагнитное поле Земли также изменяло зеркально свое направление, но последний такой реверс случился 740 тыс. лет тому назад. Некоторые исследователи полагают, что наша планета просрочила свой срок для переворота магнитных полюсов, но никто не может точно предсказать, когда следующий обратный ход случится.

Хотя магнитные поля Солнца и Земли ведут себя по-разному, но они имеют и общие черты. В течение минимума солнечной активности магнитное поле нашей звезды, как и геомагнитное поле нашей планеты, направлено вдоль меридиана. Силовые линии располагаются в пространстве подобно тому, как вокруг намагниченного железного стержня расположатся магнитные стрелки. Магнитные линии концентрируются у полюсов и разрежены в области экватора. Ученые называют такое поле "дипольным", подчеркивая даже в названии существование двух полюсов. Напряженность магнитного поля Солнца составляет около 50 Гаусс, а геомагнитное поле Земли в 100 раз слабее.

Когда солнечная активность увеличивается и растет число солнечных пятен на поверхности Солнца, магнитное поле нашей звезды начинает изменяться. Солнечные пятна представляют собой места, где замыкаются потоки магнитной индукции, и величина магнитного поля в этих областях может в сотни раз превышать значения основного дипольного поля. Как отмечает специалист по физике Солнца в Центре космических полетов имени Маршалла Дэвид Хатевэй, «меридиональные течения на поверхности Солнца захватывают и несут магнитные потоки солнечных пятен от средних широт к полюсам, и дипольное поле устойчиво ослабевает». Используя данные, собранные астрономами Национальной обсерватории США в Пик Кит, Хатевэй ежедневно записывал среднее магнитное поле Солнца в зависимости от широты и времени, начиная с 1975 года по настоящее время. В результате получилась своего рода маршрутная карта, протоколирующая поведение магнитных потоков на поверхности Солнца.

В модели солнечного динамо предполагается, что наше светило работает как генератор постоянного тока и основные действия происходят в области зоны конвекции. Магнитные поля произведены электрическими токами, которые получаются за счет движения потоков горячих ионизированных газов. Мы наблюдаем ряд потоков относительно поверхности Солнца, и все эти потоки могут создавать магнитные поля высокой интенсивности. Магнитные потоки в этой модели подобны резиновым полосам. Они состоят из непрерывных силовых линий, которые подвергаются растяжению и сжатию. Подобно резиновым полосам, под внешним воздействием напряженность в магнитных потоках может быть усилена при их растяжении или скручивании. Это растяжение, скручивание и сжатие осуществляется за счет реакции термоядерного синтеза, идущей внутри Солнца.

Меридиональное течение потоков на поверхности Солнца выносит от экватора к полюсам огромные массы вещества (75% массы Солнца составляет водород, около 25% - гелий, а на долю других элементов приходится менее 0,1%). На полюсах эти потоки уходят внутрь светила и образуют внутренний встречный противоток вещества. За счет такой циркуляции заряженной плазмы и работает солнечный магнитный генератор постоянного тока. На поверхности Солнца скорость движения потока вдоль меридиана составляет около 20 метров в секунду (40 миль в час). Обратный противоток к экватору происходит в глубине Солнца, где плотность материи намного выше, и поэтому его скорость снижается до 1-2 метров в секунду (от 2 до 4 миль в час). Этот медленный противоток несет вещество от полярных областей до экватора приблизительно 20 лет.

Теория находится в развитии и требует новых экспериментальных данных. До сих пор исследователи никогда не наблюдали непосредственно момент магнитной переполюсовки Солнца. В данной ситуации космический корабль «Улисс» (Ulysses) может позволить ученым проверить теоретические модели и получить уникальную информацию. Этот космический аппарат - плод международного сотрудничества Европейского космического агентства и НАСА. Он был запущен в 1990 году для наблюдения за солнечной системой выше орбитальной плоскости планет. «Улисс» пролетел над южным полюсом Солнца и сейчас возвращается, чтобы упасть на северный полюс и добыть новую информацию.

«Улисс» пролетал над полюсами Солнца в 1994-м и 1996-м во время пониженной солнечной активности и позволил сделать несколько важных открытий относительно космических лучей и солнечного ветра. Финалом миссии этого разведчика является исследование Солнца в период максимальной активности, что позволит получить данные о полном солнечном цикле.

Продолжающиеся изменения не ограничены областью космоса вблизи нашей звезды. Магнитное поле Солнца ограничивает нашу солнечную систему гигантским «пузырем», образующим «гелиосферу». Гелиосфера простирается от 50 до 100 астрономических единиц (1 а.е. = 149 597 871 км) далее орбиты Плутона. Все, что находится внутри этой сферы, является солнечной системой, а далее - межзвездное пространство.

«Переполюсовка» магнитного поля Солнца передастся через гелиосферу солнечным ветром, - поясняет Стив Суесс, еще один астрофизик в Центре космических полетов имени Маршалла. - Требуется около года, чтобы эта весть дошла от Солнца до внешних границ гелиосферы. Поскольку Солнце вращается, совершая оборот каждые 27 дней, магнитные поля за пределами светила имеют форму спирали Архимеда. Из-за всех завихрений и поворотов трудно заранее оценить в деталях влияние реверса магнитного поля на поведение гелиосферы".

Магнитосфера Земли защищает жителей планеты от солнечного ветра. Но существуют и другие, менее очевидные, связи солнечной активности с процессами на нашей планете. В частности, отмечено, что сейсмичность Земли увеличивается при прохождении максимума активности Солнца и установлена связь сильных землетрясений с характеристиками солнечного ветра. Возможно, этими обстоятельствами и объясняется серия катастрофических землетрясений, случившихся в Индии, Индонезии и Сальвадоре после наступления нового Миллениума.

Солнце является единственной звездой в Солнечной системе, вокруг нее совершают свое движение все планеты системы, а также их спутники и другие объекты, вплоть до космической пыли. Если сравнить массу Солнца с массой всей Солнечной системы, то она составит порядка 99,866 процентов.

Солнце является одной из 100 000 000 000 звезд нашей Галактики и по величине стоит среди них на четвертом месте. Ближайшая к Солнцу звезда Проксима Центавра располагается на расстоянии четырех световых лет от Земли. От Солнца до планеты Земля 149,6 млн км, свет от звезды доходит за восемь минут. От центра Млечного пути звезда находится на расстоянии 26 тысяч световых лет, при этом она производит вращение вокруг него со скоростью 1 оборот в 200 миллионов лет.

Презентация: Солнце

По спектральной классификации звезда относится к типу «желтый карлик», по приблизительным расчетам ее возраст составляет чуть более 4,5 миллиардов лет, она находится в середине своего жизненного цикла.

Солнце, состоящее на 92% из водорода и на 7% из гелия, имеет очень сложное строение. В его центре находится ядро с радиусом примерно 150 000-175 000 км, что составляет до 25% от общего радиуса звезды, в его центре температура приближается к 14 000 000 К.

Ядро с большой скоростью производит вращение вокруг оси, причем эта скорость существенно превышает показатели внешних оболочек звезды. Здесь происходит реакция образования гелия из четырех протонов, вследствие чего получается большой объем энергии, проходящий через все слои и излучающийся с фотосферы в виде кинетической энергии и света. Над ядром находится зона лучистого переноса, где температуры находятся в диапазоне 2-7 миллионов К. Затем следует конвективная зона толщиной примерно 200 000 км, где наблюдается уже не переизлучение для переноса энергии, а перемешивание плазмы. На поверхности слоя температура составляет примерно 5800 К.

Атмосфера Солнца состоит из фотосферы, образующей видимую поверхность звезды, хромосферы толщиной порядка 2000 км и короны, последней внешней солнечной оболочки, температура которой находится в диапазоне 1 000 000-20 000 000 К. Из внешней части короны происходит выход ионизированных частиц, называемых солнечным ветром.

Когда Солнце достигнет возраста примерно в 7,5 - 8 миллиардов лет (то есть через 4-5 млрд лет) звезда превратится в «красного гиганта», ее внешние оболочки расширятся и достигнут орбиты Земли, возможно, отодвинув планету на более дальнее расстояние.

Под воздействием высоких температур жизнь в сегодняшнем понимании станет просто невозможна. Заключительный цикл своей жизни Солнце проведет в состоянии «белого карлика».

Солнце - источник жизни на Земле

Солнце самый главный источник тепла и энергии, благодаря которому при содействии других благоприятных факторов на Земле есть жизнь. Наша планета Земля вращается вокруг своей оси, поэтому каждые сутки, находясь на солнечной стороне планеты мы можем наблюдать рассвет и удивительное по красоте явление закат, а ночью, когда часть планеты попадает в теневую сторону, можно наблюдать за звездами на ночном небе.

Солнце оказывает огромное влияние на жизнедеятельность Земли, оно участвует в фотосинтезе, помогает в образовании витамина D в организме человека. Солнечный ветер вызывает геомагнитные бури и именно его проникновение в слои земной атмосферы вызывает такое красивейшее природное явление, как северное сияние, называемое еще полярным. Солнечная активность меняется в сторону уменьшения или усиления примерно раз в 11 лет.

С начала космической эры исследователей интересовало Солнце. Для профессионального наблюдения используются специальные телескопы с двумя зеркалами, разработаны международные программы, но самые точные данные можно получить вне слоев атмосферы Земли, поэтому чаще всего исследования проводятся со спутников, космических кораблей. Первые такие исследования были проведены еще в 1957 году в нескольких спектральных диапазонах.

Сегодня на орбиты выводятся спутники, представляющие собой обсерватории в миниатюре, позволяющие получить очень интересные материалы для изучения звезды. Еще в годы первого освоения космоса человеком были разработаны и запущены несколько космических аппаратов, направленных на изучение Солнца. Первыми из них была серия американских спутников, запуск которых стартовал в 1962 году. В 1976 году запущен западногерманский аппарат Гелиос-2, который впервые в истории приблизился к светилу на минимальное расстояние в 0,29 а.е. При этом были зафиксированы появление ядер легкого гелия при вспышках солнца, а также магнитные ударные волны, охватывающие диапазон 100 Гц-2,2 кГц.

Еще один интересный аппарат - солнечный зонд Ulysses, запущенный в 1990 году. Он выведен на околосолнечную орбиту и движется перпендикулярно полосе эклиптики. Через 8 лет после запуска аппарат завершил первый виток вокруг Солнца. Он зарегистрировал спиральную форму магнитного поля светила, а также постоянное его увеличение.

На 2018 год НАСА планирует запуск аппарата Solar Probe+, который приблизится к Солнцу на максимально приближенное расстояние - 6 млн. км (это в 7 раз меньше дистанции, достигнутой Гелиусом-2) и займет круговую орбиту. Для защиты от высочайшей температуры он оснащен щитом из углеродистого волокна.

Но вместо погасших, погибших звезд вспыхивают новые... Материю нельзя уничтожить, она из одного вида переходит в другой. Но от этих общих и, наверное, правильных рассуждений нам, людям Земли, необходимо перейти к рассуждениям о неминуемой гибели Солнца, а значит, и Земли.

По современным представлениям, продолжительность "жизни" таких звезд, как наше Солнце, составляет 10-12 миллиардов лет. Считается, что половину этого срока Солнце уже "отработало", а значит, половина водородного топлива уже сожжена в его недрах. Как видим, правильно говорится, что всё на свете когда-то кончается. Если говорить серьёзно о конце света, т.е. о конце жизни на Земле, то это может случиться значительно раньше того момента, когда окончательно погаснет наше Солнце или (на стадии гибели) оно увеличит свои размеры настолько, что орбита Земли станет меньше, чем диаметр Солнца со всеми вытекающими отсюда последствиями, Причин для этого более чем достаточно. Итак, сегодня мы познакомимся с гипотезами о том, как будет погибать наше Солнце.

Современная наука считает, что Солнце может существовать ещё 5-6 миллиардов лет, причем в течение сотен миллионов лет останется стабильным, каким оно выглядит в настоящее время. Но изменения, конечно, будут происходить и постепенно влиять на Землю и человечество. Предположения о том, какие именно изменения произойдут с нашим Солнцем и чем они могут закончиться, сделаны учеными по результатам наблюдений за подобными звёздами, проходящими различные стадии своего развития. Некоторые гипотезы рождены в последнее время в результате компьютерного моделирования многочисленных вариантов возможного поведения нашего Солнца на том этапе, когда оно постепенно исчерпает запасы своего ядерного топлива.

Наблюдения за звездой, обозначенной астрономами как объект NEG 7027, показали, что она находится на заключительной стадии своего существования. Не все процессы, происходящие на этой "умирающей, агонизирующей" звезде, можно с уверенностью объяснить. Но то, что наблюдается, выглядит следующим образом. Звезда начала пульсировать, в результате чего внешние слои атмосферы звезды рассеиваются и создают вокруг неё оболочку, распространяющуюся на миллионы километров. Если такое будет происходить с нашим Солнцем, то граница его газовой оболочки пройдет намного дальше Плутона (!). Масса звезды в этот период быстро уменьшается. Газ в оболочке звезды состоит в основном из молекул водорода и угарного газа. Присутствуют также и сложные углеводородные молекулы.

Параллельно с формированием наружной оболочки идут процессы и в центральной части звезды: температура поверхности поднимается выше 200000оС, а из ядра звезды идёт радиация огромной мощности, включая ультрафиолетовое излучение, которое ионизирует атомы оболочки и разрушает её молекулы. Эта фаза существования звезды очень коротка, возможно всего около 1000 лет, т.е. просто одно мгновение по галактическим меркам, после чего звезда исчезнет, превратившись в газовое облако. Звезда NEG 7027, наблюдаемая в настоящее время, по-видимому, находится как раз в середине этой фазы окончательной гибели. Вероятно, по такой же схеме пойдут в дальнейшем и процессы на нашем Солнце.

Астрофизики считают, что через 1,1 млрд. лет температура поверхности Солнца и его яркость увеличатся более чем на 10%. Это может вызвать повышение концентрации водяного пара в атмосфере Земли, к возникновению такого стремительного парникового эффекта, к которому человечество и животный мир просто не успеют и не смогут приспособиться. Наша планета при таком развитии событий станет очень похожей на Венеру.

Поскольку при старении Солнца возрастает интенсивность ультрафиолетового излучения, это приведёт к увеличению содержания озона в земной атмосфере. Известно, чем это может грозить человечеству и животному миру.

Усиление яркости Солнца приведёт к таянию льдов в полярных районах Земли и повышению уровня Мирового океана, а увеличение испарения воды вызовет ускорение круговорота воды. Усилятся ветры, возрастёт эрозия почвы. Расчёты учёных показывают, что вследствие указанных процессов содержание углекислого газа в атмосфере Земли снизится через 900 млн. лет настолько, что растительный мир может погибнуть или дегенерировать в такой степени, что будет мало пригодным для питания человека и животных, а это уже создаст, возможно, непреодолимые трудности для земной цивилизации. Пройдет еще несколько миллиардов лет, и ультрафиолетовое излучение постепенно разрушит стратосферу и испарит океаны. Земля превратится в голую безмолвную пустыню, а над нею всё так же будет светить Солнце, раскаляя безжизненную поверхность, на которой когда-то процветала жизнь , рожденная этим же Солнцем.

Что же дальше будет происходить с Солнцем? Известно, что источником энергии звезды являются процессы термоядерного синтеза, проходящего в ядре звезды. Когда заканчивается водородное топливо, ядро сильно сжимается. Согласно теории, после сжатия ядра у звёзд солнечного типа происходит расширение внешних слоев в две стадии. Первая стадия происходит тогда, когда ядро сжимается и температура его становится более высокой, чем в стабильный период. Повышение температуры ядра обеспечивает синтез гелия, и при этом восстанавливается стабильность на некоторое время. Звёздное ядро становится менее сжатым, а внешние слои становятся менее широкими.

Запасы гелиевого топлива быстро расходуются звездой, и после их полного израсходования ядро снова сжимается, а внешние слои повторно расширяются. Звезда становится супергигантом со светимостью значительно более высокой, чем у исходной звезды.

Одна из гипотез предполагает способность Земли путем саморегуляции поддерживать параметры среды на своей поверхности достаточно длительный срок и в условиях повышенной яркости Солнца. Но при ближайшем рассмотрении эта гипотеза вряд ли окажется состоятельной. В самом деле, какими свойствами нужно обладать живой материи, чтобы существовать в условиях, когда светимость Солнца будет в несколько тысяч раз больше, чем в наше время? А именно такой максимум светимости предполагается у Солнца примерно через 7,5 миллиардов лет. Расчеты астрофизиков показывают, что на последних стадиях развития Солнце в большом количестве потеряет свою массу и его радиус возрастет до 168 млн. км., что намного превышает расстояние 150 млн. км., на котором находится орбита Земли в настоящее время. Орбиты планет Меркурий, Венера и Земля в этих условиях изменятся, и планеты, двигаясь по спирали, упадут на Солнце и будут уничтожены. Произойдет это, как уже было сказано, через 7,5 миллиарда лет.

В порядке утешения, некоторые учёные сообщают, что новые расчёты показывают, что с Землёй это случится примерно на 200 млн. лет позже, чем с Меркурием и Венерой. Но в конце концов поверхность Земли нагреется до такой степени, что жизнь на ней станет невозможной.

Новые расчёты показывают такое развитие событий:

Солнце теряет свою массу, его гравитация уменьшается. Вследствие этого орбита Венеры увеличится от 108 до 134 млн. км., но это не спасёт Венеру. Траектория её движения будет быстро искажаться из-за близости Солнца, и Венера упадёт в центр Солнца и рассеется по диску звезды.

Орбита Земли будет медленно увеличиваться и по мере ослабления гравитации Солнца, превратившегося в красного гиганта, Земля выйдет за пределы его внешней атмосферы. Расстояние от Солнца до Земли увеличится до 185 млн. км. Это спасёт её от падения на Солнце. Но Земля к этому моменту будет выглядеть как Меркурий, т.е. она будет представлять собой выжженную, рубцеватую глыбу с сухим дном бывших океанов. Небо Земли на 70% будет занимать красное Солнце, т.к. орбита Земли будет отстоять от поверхности Солнца на расстоянии, не превышающем 1/10 солнечного радиуса.

Избежит падения на Солнце и Марс, который будет двигаться по расширившейся орбите. Далее по расширенным орбитам будут вращаться Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун и Плутон. Вещество, выделенное Солнцем во время его гибели, образует так называемую планетарную туманность, плотность которой будет ничтожной. Поэтому влияния на планеты, оставшиеся на своих новых орбитах, эта туманность не окажет.

Все эти процессы произойдут в очень далёком будущем, Человечество или то, во что оно в течение невообразимо огромного отрезка времени трансформируется, давно покинет планету или вымрет. Вероятно, в дальнейшем наша планетная система будет лишена жизни. Но нельзя исключать и того, что эволюция приведёт к появлению новых, нечеловеческих форм разумной жизни после ухода или изменения нашего вида. Научные гипотезы в данном случае вполне могут соединиться с фантазией, границ которой не существует.