В своё время сообщение о том, что Солнце пульсирует, то есть периодически, с периодом 2 часа 40 минут, меняет свой диаметр, вызвало в научном сообществе небывалый резонанс, настоящую бурю. Ещё бы, Солнце, расположенное под боком, вдруг оказывается пульсирующей звездой, вроде звёзд-цефеид – это ли не сенсация? Открытие, сделанное в 1976 г. академиком А.Б. Северным и его коллегами на Крымской астрофизической обсерватории и подтверждённое английскими учёными (см. например “Наука и жизнь” №2, 10, 1976 г., с. 135), называли тогда даже открытием века.
Волна заявлений, прокатившаяся по миру вслед за ним, была не менее сенсационна: “Это открытие ставит под сомнение общепринятый термоядерный характер солнечной энергии, свидетельствует о качественно новых процессах, происходящих в недрах нашего светила”; “Эти данные потрясают теоретические структуры астрономии, а возможно и атомной физики”; “Учёные больше не уверены, что они знают, почему светит Солнце” (см. "Эврика–78", М., 1978). Действительно, из физики пульсирующих звёзд следовало, например, что температура в центре Солнца не миллионы градусов, как считалось, а всего лишь тысячи, а этого недостаточно для поддержания реакции термоядерного синтеза. Сомнения касательно физики Солнца усиливались и благодаря обнаруженному к тому времени дефициту солнечных нейтрино, который прежде не могли объяснить, поскольку полагали массу покоя частицы нулевой.
Однако прошло почти 30 лет, и ни во что существенное эти заявления так и не вылились. Воззрения на строение Солнца и процессы, протекающие в нём, существенно не изменились. Дефицит солнечных нейтрино был объяснён наличием у этих частиц ненулевой массы покоя, а также их взаимопревращением в нейтрино иных типов на пути к Земле, а 160-минутная пульсация Солнца пополнила и без того обширный список космических парадоксов и загадок. Явление вызвало немало споров, в том числе о самом его существовании (из-за малой величины эффекта его мало кому удалось наблюдать). В итоге о солнечной пульсации стали постепенно забывать: даже в старой литературе можно найти лишь редкие упоминания о ней. Так, понемногу явление перешло в разряд малоизвестных и сомнительных.
Итак, если Солнце, согласно нынешним воззрениям, это всё же не пульсирующая с периодом 160 минут звезда, то как же оно смогло пульсировать, попеременно приближая и отдаляя от нас свою поверхность на 10 км каждые 2 ч 40 мин? На этот вопрос неожиданно проливает свет именно период пульсации. Оказывается, он очень близок к периоду обращения гипотетической планеты, летящей по самой кромке Солнца. Действительно, из третьего закона Кеплера период её обращения T=TЗ(RС/RЗ)3/2, где TЗ = 365 сут – период обращения Земли вокруг Солнца, RС = 7·108 м – радиус орбиты, совпадающий с солнечным экватором, RЗ = 1,5·1011 м – радиус земной орбиты, откуда T = 0,115 суток, или 2 часа 46 минут. Отличие от периода пульсации Солнца (2 ч 40 мин) всего в 6 минут, то есть меньше 4 %!
Неужели возле Солнца есть неизвестная планета (с массой порядка одной земной), которая, заставляя звезду двигаться вокруг общего центра масс с периодом 2 ч 40 мин, и рождает видимые с Земли колебания солнечной атмосферы? Это крайне маловероятно. Давно уже миновали те времена, когда учёные всерьёз верили, что есть третья внутренняя планета, которая находится между Солнцем и Меркурием (ей даже придумали название – “Вулкан”). Все попытки обнаружить такую планету оказались тщетными. Тем более не может быть планеты так близко к Солнцу – практически на самой его раскалённой поверхности, на границе фотосферы, или даже внутри неё, если судить по периоду. С тем же успехом можно было бы считать, что движется уже не планета, а часть самого Солнца. Не в этом ли разгадка?
Действительно, нельзя ли предположить, что по поверхности нашего дневного светила “катится” не спутник (рис. 1.а), а гигантская десятикилометровая волна (рис. 1.б), вроде приливной волны в мировом океане Земли? Тогда периодическое прохождение такой волны приборы и регистрируют как колебания поверхности Солнца. Эта волна должна двигаться совершенно так же, как спутник: её скорость совпадает с первой космической скоростью, вычисленной для Солнца, а период колебаний – с орбитальным периодом. Докажем это.
Скорость волны можно найти (по известной формуле для волн на глубокой воде, см. Л.В. Тарасов, “Физика в природе”, М., 1988) как V=(gλ/2π)1/2. Здесь g – ускорение свободного падения на поверхности Солнца, а λ – длина волны, очевидно, равная длине экватора 2πR, откуда V=(gR)1/2. Но именно так вычисляется первая местная космическая скорость, требуемая для выведения спутника на круговую орбиту вокруг Солнца. Двигаясь с одинаковой скоростью по одной траектории, совпадающей с солнечным экватором, волна и спутник будут иметь равные периоды обращения. Близость скорости волн в солнечной атмосфере к первой космической (на поверхности Солнца – 460 км/с) подтверждают и сравнительно недавние наблюдения аппарата SOHO – космической солнечной обсерватории. В конце 90-х с его помощью удалось не только увидеть волны солнцетрясений, но и измерить их скорость, оказавшуюся порядка 300 км/с. Значение в полтора раза меньшее, чем 460 км/с, объясняется меньшей (чем длина солнечного экватора) длиной волны λ наблюдавшихся колебаний.
Однако в случае пульсаций, когда единый волновой процесс охватывает всё Солнце в целом, возникновение волны, обегающей поверхность звезды по кругу, весьма маловероятно. При возмущениях равновесной сферической формы чаще возникают колебания типа стоячих, а не бегущих волн. Именно такие колебания наблюдаются в сферических каплях жидкости, пузырьках воздуха. Поэтому и Солнце, скорее всего, колеблется вдоль одного направления, принимая попеременно сферическую и яйцеобразную форму: рождая выпуклость то с одной, то с другой стороны, словно “горб” пролетает сквозь недра Солнца и выходит с противоположной стороны (см. рис. 2, изображение, конечно, не в масштабе, поскольку истинная высота волн на Солнце – менее 0,001 % его диаметра). Наглядной моделью, иллюстрирующей колебания такого рода, служит пузырёк воздуха, всплывающий в жидкости. Жидкость, обтекая колеблющийся пузырёк, толкает его то вправо, то влево, заставляя всплывать не отвесно вверх, а по виденной многими волнистой траектории.
Замечательно, что период колебаний в стоячей волне, у которой “горб” словно пролетает сквозь Солнце, тот же, что и в бегущей по его поверхности (2 ч 40 мин). Так же и предмет в воображаемом туннеле, проходящем сквозь недра Солнца, болтался бы в нём от конца к концу с таким же периодом 2 часа 46 минут, как у спутника, летящего по круговой орбите. Более строго равенство периодов можно обосновать, если представить стоячую волну как сумму одинаковых бегущих волн, движущихся навстречу друг другу и интерферирующих (рис. 3).
Период пульсации может быть и другим – всё зависит от числа n длин волн, укладывающихся вдоль солнечного экватора (рис. 4). Если T1 – основной период колебаний (160 минут) с n = 1, то для гармоник его – колебаний с другим n и периодом Tn получим Tn=T1/n1/2. То же и у сферических пузырьков и капель: чем больше на них пучностей и узлов, тем чаще колебания. Не гармониками ли, обертонами основной пульсации являются мелкомасштабные и короткопериодические (с периодом от 5-ти до 40-ка минут) колебания поверхности Солнца? О всех этих пульсациях, колебаниях, в том числе и о 160-минутных, можно прочесть в энциклопедии “Физика Космоса” (М., 1986 г., статья “Колебания и волны на Солнце”). Подробно в ней рассказано о пятиминутных колебаниях. Для них в солнечном экваторе должно уложиться 1024 волны (n = 1602/52), откуда длина одной волны – 4300 км, что как раз попадает в найденный из наблюдений интервал от тысячи до десяти тысяч км.
Возникает лишь вопрос: что же время от времени запускает колебания, ведь, раз возникнув, они должны рано или поздно затухать? Зарождаются пульсации, скорее всего, в ходе внутренних процессов на Солнце – взрывов и всплесков, приводящих к резкому поднятию больших участков его поверхности. Кратковременное возмущение рождает долго не стихающие колебания – своего рода солнцетрясения, подобные сейсмоволнам Земли. Именно так интерпретируют короткопериодические колебания солнечной поверхности. Появилась даже наука гелиосейсмология. Неожиданно схожи колебания Солнца с землетрясениями и другим свойством: скорость сейсмических волн на Земле (до 7,4 км/с), как и скорость волн на Солнце, близка к соответствующей первой местной космической скорости (для Земли – 7,9 км/с). Это заставляет задуматься, а не являются ли отчасти землетрясения и сейсмические волны по своему характеру не звуковыми, а гравитационными поверхностными волнами в мантии и коре Земли, равно как и сейсмоволны Солнца – в атмосфере и недрах звезды?
Итак, пульс Солнца должен то появляться, то ослабевать и исчезать. Возможно, именно эти вариации, непостоянство колебаний и ослабили в своё время интерес, породили недоверие исследователей к солнечной пульсации. Но если Солнце колеблется не как радиально пульсирующая звезда, которая, раздуваясь и опадая, меняет свой объём и физические характеристики, а подобно капле воды, то снимаются и все возражения против 160-минутных солнечных пульсаций – они вполне совместимы с термоядерной моделью Солнца. А потому можно надеяться, что со временем эти колебания снова удастся обнаружить и изучить.
Исследование такого рода пульсаций, колебаний поверхности, атмосферы Солнца важно уже потому, что циклы нашего дневного светила, как показал ещё А.Л. Чижевский, существенно влияют на все процессы, происходящие на Земле. Урожайность, стихийные бедствия, эпидемии, активность общества, надёжность работы электроники и радиосвязи – всё это напрямую зависит от циклов солнечной активности, от любых пертурбаций, происходящих в атмосфере и недрах Солнца (см. статью "Судьбоносные звёзды" // "Инженер" 2007, №1). Большинство земных ритмов и биоритмов живых существ задаются именно Солнцем, играющим для земных процессов ту же роль, что и тактовый генератор в компьютере, задающий ритм работы процессора. Без дирижирующего воздействия Солнца большинство процессов сбивается, становясь несинхронными и нестабильными. Вот почему выявление новых ритмов Солнца и вскрытие их природы имеет ключевое значение для многих – не только астрофизиков, но и метеорологов, сейсмологов, эпидемиологов, экономистов и т.д. Пока же природа солнечной активности, солнечных циклов и пульсаций остаётся во многом ещё загадочной.
В связи с изложенным возникает и другая интересная проблема. Раз даже такие видные специалисты по пульсирующим звёздам как академик А.Б. Северный, не могут уверенно и убедительно показать, пульсирует или нет Солнце– ближайшая к нам звезда, – то как же они могут уверенно заявлять о пульсациях гораздо более далёких звёзд, к примеру тех же цефеид, расположенных столь далеко, что даже в сильнейшие телескопы мы не можем наблюдать их в виде дисков, но лишь в виде точек? И действительно, все представления о пульсациях цефеид являются чисто гипотетическими, основанными на периодически изменении яркости и спектра звёзд. Но ведь ранее было показано, скажем, в статье "Как устроены маяки Вселенной" (см. "Инженер" 2006, №9), что эти колебания гораздо проще, естественней и точнее объясняются иными причинами – переменной скоростью света и эффектом Ритца.
Наконец, если предположить, что периодические колебания яркости звезды вызваны её пульсацией, то совершенно не понятно, что эту пульсацию поддерживает, ибо любые колебания звёзд должны сравнительно быстро затухать. Именно это, как говорилось, по всей видимости и привело к исчезновению 160–минутной пульсации Солнца вплоть до её возникновения при следующей сильной встряске светила. Правда, предложены (например, профессором С.А. Жевакиным) довольно сложные автоколебательные механизмы, способные постоянно поддерживать колебания звёзд. Но сложность, искусственность, надуманность этих механизмов делает их весьма маловероятными для реализации в природе. Вообще вызывает всё большее сомнение возможность радиальных пульсаций звёзд. По всей видимости, единственно возможные формы колебаний звёзд – это именно волновые – без изменения объёма звезды, когда меняется только её форма. Такого рода колебания у далёких звёзд также могли бы за счёт эффекта Ритца приводить к колебаниям блеска и спектра переменных звёзд. Будем надеяться, что изучение колебаний ближайшей к нам звезды – Солнца – прольёт свет на все эти бесчисленные загадки звёздного пульса.
С. Семиков
Дата установки: 31.08.2008
[вернуться к содержанию сайта]
