Протуберанец — это… Протуберанцы на Солнце

Под солнечной активностью подразумевают совокупность нестационарных явлений, находящихся в динамике, и разных активных образований, возникающих в атмосфере Солнца. Одним из проявлений его активности является возникновение в магнитном поле солнечной атмосферы специфических волокон, а именно — плазменных образований. Когда они становятся видимыми на краю солнечного диска, их называют протуберанцами.

Протуберанцы ‒ что это такое?

Впервые упоминание о том, что в период полного затмения Солнца наблюдалось появление необычных образований, появилось ещё в 1185 году, а детальное изучение их началось с 1842 года. Впоследствии они были названы протуберанцами (protubero), что в переводе с латыни означает «вздуваться».

Сегодня, благодаря многочисленным исследованиям, известно, что протуберанец ‒ это образование из солнечной плазмы, имеющее колоссальные размеры. Эти гигантские выбросы поднимаются над поверхностью Солнца по силовым линиям его магнитного поля и удерживаются там за счет него определенное время. Некоторые из них могут «висеть» в околосолнечном пространстве порой до нескольких месяцев, практические не меняя своей первоначальной формы.

Виды

Если говорить о внешнем виде, то протуберанцы – это клочковатые структуры, похожие на нити или сгустки плазмы различной формы. Также они постоянно движутся и меняют свою форму. Классификация их проводится по динамическим или морфологическим признакам. Рассмотрим их классификацию по виду внешнему, особенностям движения вещества и скорости:

• Спокойные. В них вещество движется наиболее медленно. Форма меняется тоже очень неспешно. Если говорить о времени их жизни, то оно составляет от нескольких недель до нескольких месяцев. Возникают во всех гелиографических широтах. Наиболее часто наблюдать их можно вблизи солнечных пятен позднего этапа развития. Температура составляет примерно 15 000 градусов по Цельсию.
• Активные. Такой протуберанец, фото которого можно увидеть ниже, отличается тем, что потоки плазмы от основания гейзера по направлению к фотосфере, а также от одного протуберанца к другому движутся с очень высокой скоростью. Температура их составляет 25 000 градусов по Цельсию. И кстати, многие активные протуберанцы образуются из спокойных, но в таком случае время их существования составляет от нескольких минут до суток.

• Эруптивные. Если говорить о внешнем виде, то больше всего такие протуберанцы напоминают огромные фонтаны высотой более полутора миллионов километров над поверхностью нашего светила. Скорость движения плазмы достигает сотен километров в час, а форма их изменяется очень быстро. Существуют они недолго, а по мере увеличения в высоту постепенно полностью рассеиваются.
• Петлеобразные протуберанцы появляются в виде небольших облаков над хромосферой. Обычно со временем они сливаются в одно большое облако, которое затем испускает по направлению к хромосфере струи раскаленного газа. Существуют такие явления редко больше нескольких часов.

Так что теперь мы знаем, что солнечная корона имеет протуберанцы, и какие их виды существуют.

Протуберанцы по сути

Несмотря на то что изучением этих необычных образований наука занимается давно, четкой и полной теории, объясняющей их многообразие и различные явления, с ними связанные, нет. Фактически протуберанцы естества – это темные волокна, хорошо видимые в хромосфере Солнца. Их структура более плотная и холодная, чем окружающая плазма, а химический набор элементов соответствует составу образующего их слоя. Тем не менее их внутреннее физическое состояние таково, что спектр одних протуберанцев перенасыщен линиями водорода, а других – различными металлами. Длительность существования их указывает на то, что их вещество удерживается магнитными силами.

Как проявляются протуберанцы?

Солнечные протуберанцы выглядят как яркие образования, выступающие по краям диска Солнца. Возникающие на его фоне, они имеют более темный цвет, что обусловлено более низкой, чем окружающее вещество, температурой их плазмы.

На фоне горячей короны протуберанец – это плотное и холодное образование. Поднявшись с поверхности Солнца, он частично сбрасывает своё вещество, а затем спускается и исчезает. Некоторые из них присутствуют в короне месяцами, другие, двигаясь с большой скоростью, не пропадают по несколько недель. Отдельные экземпляры, имеющие колоссальную скорость, внезапно взрываются.

Как вибрируют солнечные протуберанцы?

Когда мы смотрим на поверхность Солнца, будущие протуберанцы выглядят как тёмные нити, которые заполняют диск или как кольца пламени над ним. Солнечные протуберанцы – это очень плотные плазменные структуры, которые выбрасываются из солнечной атмосферы. Считается, что магнитное поле звезды поддерживает их так, чтобы они не падали обратно из-за собственного веса. Эти структуры могут накапливать большое количество энергии, которое выбрасывается в межпланетное пространство.

Мануэль Луна (Manuel Luna), исследователь IAC возглавил команду, которая зарегистрировала около 200 колебаний солнечных нитей, обнаруженных в первой половине 2014 года. Результаты исследований были опубликованы в Astrophysical Journal Supplement. Почти половина этих событий имели большую амплитуду. То есть, колебания со скоростями между 10 км/с (36000 км/ч) и 100 км/с. Было также доказано, что события с большой амплитудой более распространены, чем считалось ранее.

Проект является частью международного сотрудничества, которое началось в 2020 году в Международном институте космических исследований (ISSI), а также миссии НАСА по изучению этого типа колебаний.

С помощью собранных данных было проведено статистическое исследование свойств колебаний. Эти движения состоят из циклического перемещения протуберанцев между двумя положениями. Было замечено, что колебания имеют период около одного часа. Эти периоды характерны для всех протуберанцев, они раскрывают фундаментальные свойства их структуры и распределение их массы. Кроме того, колебания постепенно затуханют, или, что то же самое, вибрация значительно уменьшается после нескольких циклов колебаний. Неизвестно почему, но большинство структур колеблется с периодом в один час, также не понятно почему их движение затухает так быстро. Именно поэтому астрономы планируют продолжить свои исследования.

Полученные данные показывают, что направление движения колебаний образует угол около 27 градусов с главной осью протуберанца. Это направление совпадает с предыдущими оценками ориентации магнитного поля. Кроме того, используя сейсмологические методы, исследователи смогли изучить геометрию и интенсивность магнитного поля, поддерживающего протуберанцы.

Проведённая работа открывает новое окно для исследования структуры солнечных протуберанцев и механизмов, которые в конечном итоге дестабилизируют их. В будущем авторы хотят распространить этот анализ на весь солнечный цикл, чтобы понять эволюцию этих структур за последние 11 лет. Для этого необходимо применять методы искусственного интеллекта и обработки больших данных.

Больше информации: https://iopscience.iop.org/

Каких размеров бывают протуберанцы?

Протуберанцы на Солнце поражают своими необычайными размерами. Типичные представители этих образований достигают в высоту до 40 тысяч километров, при этом их ширина может быть около 200 тысяч километров. Попадаются и такие выбросы, высота которых составляет 800 тысяч километров. Неоднократно учеными были зафиксированы такие рекордсмены, размер которых превышал 3 миллиона километров. Извержение одного из таких громаднейших протуберанцев, который взметнулся, выгнувшись подковой, наблюдалось с борта космического корабля на протяжении 30 часов в августе 2010 года.

Какие бывают протуберанцы?

Эти образования бывают довольно разнообразны. По своему внешнему виду и скорости движения протуберанцы на Солнце делят на:

• спокойные, отличающиеся медленным движением и практически незаметным изменением формы, они могут существовать как несколько недель, так и месяцев;
• активные, которые характеризуются быстротой движения потока вещества и временем существования от нескольких минут до десятков часов;
• петлеобразные (корональные), как правило, возникают в виде маленьких облаков, которые со временем соединяются в одно большое облако, существующее несколько часов;
• эруптивные (или взлетающие) напоминают огромные фонтаны, способные очень быстро извергаться и менять свою форму, после чего быстро исчезать.

В зависимости от их формы, а также от того, каким образом в них движется сама материя, их классифицируют на три типа:

1. Образования в форме струи дыма или облака, способные подниматься по спирали на значительную высоту.
2. Протуберанцы в виде искривленных струй и узлов, которые начинаются и заканчиваются на солнечной поверхности. Как правило, поднявшись по магнитным силовым линиям, на большой высоте они начинают угасать.
3. Образования больших размеров, имеющие форму дерева или кустарника. Сгустки их вещества движутся хаотично, имея при этом скорость, которая не превышает нескольких десятков км/с.

ПРОТУБЕРАНЦЫ

(от лат. protubero — вздуваюсь) — холодные ( Т

104 К) плотные образования внутри горячей (
Т.
106 К) разреженной короны
Солнца.
Они сильно различаются между собой по форме, структуре и времени жизни. Над солнечным лимбом П. наблюдаются в виде похожих на гигантские языки пламени потоков газа, чаще — в виде светящихся аркад, к-рые состоят из множества отд. нитей и движущихся сгустков газа. В проекции на солнечный диск П. видны как тёмные изогнутые ленты сложной структуры, называемые волокнами, соединённые между собой яркими образованиями — каналами волокон. Последние на лимбе проявляются в виде системы струй, соединяющих два или неск. П. Часто встречаются П., представляющие собой сложное переплетение волокон и протоков газа пли каналов волокон.

Рис. 1. Типичный спокойный протуберанец (снимок в линии Ha),

Существует неск. классификаций П. по их топологии и степени динамич. активности. Основным является деление на два класса: спокойные и активные II. К классу спокойных (рис. 1) относятся долгожнвущие (время жизни от 1 сут до неск. месяцев), медленно изменяющиеся, наблюдаемые вне активных областей П. Более короткоживущие, быстро изменяющиеся, связанные с активными областями и с солнечными пятнами П. относятся к классу активных (риc. 2). Спокойные П. делятся на два типа: расположенные ниже гелио-графич.широты 40-45° н расположенные выше этой широты (т. н. полярные П.). К классу активных П. относятся, в частности: П., связанные с солнечными вспышками (петельные П.), П., связанные с солнечными пятнами, эруптивные П.

П. связаны с магн. полями на Солнце. Это используется для изучения солнечных магн. полей, особенно крупномасштабных. Их изменение в ходе цикла солнечной активности

можно проследить по положениям спокойных П. Как правило, волокна располагаются над фотосферной нейтральной линией — границей раздела полярности вертикальной составляющей фотосферного магн. поля (см.
Вспышка на Солнце).
Магн. поля связывают П. практически со всеми проявлениями солнечной активности, включая вспышки, корональные тран-зиенты (см.
Солнечная корона),
выбросы солнечной плазмы в
межпланетную среду.
В спектрах П. наблюдаются линии излучения водорода, гелия, ионизов. кальция и др. металлов. Это позволяет оценить характерные значения параметров плазмы в П.: темп-ру и концентрацию, степень ионизации и возбуждения атомов, скорости гидродинамич. течений (направленных и хаотических), число атомов на луче зрения и многое другое. Кроме эмиссионных линий наблюдается излучение П. в непрерывном спектре. Оно обусловлено в основном рекомбинац. процессами и томсоновским рассеянием фотосферного излучения на свободных электронах, что позволяет оценить полное число таких электронов на луче зрения.

Плазма в П. сильно неоднородна по темп-ре и плотности (концентрация частиц 1010-1013 см -3). По-видимому, имеется тенденция к выравниванию газового давления в горячих и холодных компонентах внутри П. Однако остаются небольшие градиенты давления, о чём свидетельствуют значительные хаотич. скорости даже в спокойных П. В П. часто происходят нестационарные явления типа «микровспышек». Из анализа спектральных наблюдений следует также, что в плазме П. отсутствует локальное термодинамическое равновесие.

Электронная темп-pa равна ионной, однако нет равенства между темп-рами возбуждения, ионизации,
радиационной температурой.
Совр. наблюдения Солнца в оптич., радио-, УФ- и рентг. диапазонах не подтверждают существовавшие ранее представления о механизмах формирования П. (в частности, т. н. сифонный механизм). Большое различие характерных времён развития П. наряду с многообразием наблюдаемых форм и структур, по-видимому, исключает возможность образования П. всех типов в результате действия единого механизма. Общим свойством механизмов формирования П. является конденсация корональной плазмы, обусловленная потерями тепловой энергии на излучение в условиях, когда теплопроводность частично подавлена магн. полем. Такой процесс соответствует конденсац. моде тепловой неустойчивости. Он особенно эффективен в областях взаимодействия магн. потоков, где происходит их перераспределение типа магн. пересоединения.

Лит.:

Сомов Б. В., Сыроватский С. И., Тепловая неустойчивость токового слоя как причина образования холодных петель в солнечной короне, «Письма в астрономич. ж.», 1980, т. 6, № 9, с. 592; Demоulin P. и др., Fine structures in solar filaments, «Astron. Astrophys.», 1987, v. 183, № 1, p. 142.

А. И. Кирюхина.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия.Главный редактор А. М. Прохоров.1988.

Как наблюдать протуберанцы?

Протуберанец – это проявление активности Солнца. Наблюдать его можно во время полного солнечного затмения, хотя бывает оно довольно редко. Вот почему учеными были сконструированы спектральные приборы, позволяющие воссоздавать искусственные затмения. Такие телескопы, выполненные из особого вида стекла, лишенного микропузырьков, оснащены черным диском, который имитирует Луну. В процессе наблюдения за Солнцем он медленно наплывает на него, в результате чего приборы видят свет, исходящий только от его короны.

Перед глазами наблюдателей открывается удивительная картина ‒ пляска протуберанцев на Солнце. За краем импровизированной Луны четко просматриваются выступы сложной формы ярко-розового цвета, похожие на языки пламени или громадные облака, вырывающиеся из верхних слоев солнечного диска.

В пределах пика 11-летней активности Солнца можно наблюдать корональные дугообразные протуберанцы. Это редкое явление непередаваемой красоты – образования в виде огромного облака, с краев которого спускаются струи, появляются в короне Солнца над её хромосферой.

Для астрономов долго оставались загадочными явления, происходящие в солнечной короне. Протуберанец… Это слово ассоциировалось с тайной, которую хранила звезда по имени Солнце. И только в наше время, благодаря спутникам и космическим станциям, большинство этих тайн было раскрыто.

Человечеству предстоит сделать еще много великих открытий как в неизведанной Вселенной, так и в нашей Солнечной системе.

Описание

Хромосфера Солнца в линии Hα. Волокно указано стрелкой

Одно из древнейших упоминаний о наблюдениях протуберанцев связано с полным солнечным затмением 1 мая 1185 года. Изучение протуберанцев началось с затмения Солнца 8 июля 1842 года; тогда Араго, Эри и другие астрономы заметили необычные ярко-розовые выступы 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 с помощью 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 (Hα). Они представляют из себя конденсации из плотной и более холодной, чем окружающее вещество плазмы, приподнятые и удерживаемые над солнечной поверхностью петлями магнитного поля.