Сонце і його значення для Cонячної системи

Сонце і його значення для Cонячної системи.

.

.

Одним з головних об'єктів сучасних астрономічних досліджень є Сонце — найближча до нас зоря, наше денне світило, від якого безпосередньо залежить існування життя на Землі.

Свого часу великий російський учений К.А.Кімірязєв говорив, що людина має право величати себе сином Сонця. І, справді, все наше життя тісно пов’язане з сонячною енергією. Ми користуємося нею буквально на кожному кроці — не тільки тоді, коли смагнемо, а й коли їмо, спалюємо паливо, тому що і в мінеральних видах палива, і в їжі сконцентрована перетворена енергія нашого денного світила.

Цікаво, що свою залежність від Сонця люди зрозуміли з давніх-давен. Вони не знали природи денного світила, не мали ані найменшого уявлення про закономірності явищ, які на ньому відбуваються, але на основі свого практичного досвіду розуміли, що без Сонця не може бути й життя. Не дивно, що вони обожнювали Сонце, молилися йому, приносили жертви — Сонце було одним з найперших і наймогутніших божеств.

Вивчення Сонця і зір. Дослідження Сонця — одне з центральних завдань сучасної астрофізики. Це пояснюється, з одного боку, тісним зв’язком, що існує між діяльністю Сонця і земними процесами, а з другого — тією обставиною, що Сонце — типова зоря.

Згідно з даними сучасної астрофізики близько 98% тієї речовини, яка зосереджена в різних космічних об'єктах, припадає на зорі. Вивчаючи Сонце — найближчу до нас і тому найбільш доступну для дослідження зорю, ми багато дізнаємося про зорі взагалі. Таким чином, значення досліджень Сонця виходить за межі суто «сонячної астрономії».

Але справедливим є і протилежне: вивчаючи інші зорі, ми багато дізнаємося і про Сонце. Іншими словами при дослідженні нашого денного світила астрономи також широко користуються вже знайомим нам методом порівняння.

Нагадаємо, що в основі цього методу лежить одне в найважливіших положень матеріалістичної діалектики про зв’язок загального, окремого і одиничного. Окреме не існує інакше, як у тому зв’язку, який веде до загального. Внутрішні закономірності окремого, одиничного, часткового — планети, зорі, галактики чи будь-якого іншого об'єкта навколишнього світу — можуть бути зрозумілі лише в тому випадку, якщо ми розглядатимемо цей об'єкт як частину загального: безлічі планет, зір, галактик і т. д.

З іншого боку, як підкреслював В. І. Ленін, «загальне існує лише в окремому, через окреме» '. Це означає, що пізнання загальних закономірностей будови і еволюції планет, зір, галактик і т. д. може бути досягнуто лише на основі вивчення й порівняння властивостей різних представників відповідного класу об'єктів, подібних за своєю природою.

Сонце й зорі — «чорні ящики». При вивченні Сонця й зір астрономи стикаються з дуже серйозною трудністю. Справа в тому, що електромагнітні випромінювання, які несуть інформацію про фізичні процеси, що відбуваються на цих небесних тілах, народжуються у їх поверхневих шарах. Тому, спостерігаючи Сонце й інші зорі в різних діапазонах електромагнітних хвиль, ми не дістаємо відомостей про процеси, які відбуваються у їхніх надрах. Тим часом саме ці процеси породжують внутрішньосонячну й внутрішньозоряну енергію.

Таким чином, астрономи мають справу з ситуацією, яка дістала у кібернетиці назву ситуації «чорного ящика». «Чорний ящик» — об'єкт, внутрішньої будови якого ми не знаємо. Відомі тільки «вхідні сигнали» — те, що надходить у «чорний ящик» іззовні, і «вихідні сигнали» — те, що виходить з нього назовні. Завдання полягає в тому, щоб за співвідношенням вхідних і вихідних сигналів побудувати теоретичну модель внутрішньої «будови» «чорного ящика».

Для розв’язання цього завдання існує два шляхи. Перший — шлях спостережень. Спостерігати ті вхідні сигнали, які надходять до «чорного ящика» природним чином, незалежно від нас, і реєструвати те, що відбувається на виході. Другий шлях — експериментальний: самим подавати на вхід різні сигнали і порівнювати з тим, що відбувається на виході.

Щодо Сонця й зір другий шлях, принаймні нині, нездійсненний. Більше того, ми не знаємо і таких природних процесів, зовнішніх стосовно Сонця й зір, які могли б істотно впливати на стан цих небесних тіл. Виняток становлять лише деякі фізичні процеси, що відбуваються в подвійних системах, але вони в основному пов’язані із зорями особливого типу — нейтронними зорями.

Таким чином, Сонце і зорі — це «чорні ящики» без входу. В зв’язку з цим завдання їх вивчення дуже ускладнюється. Створювати моделі їхньої внутрішньої будови доводиться тільки за результатами спостереження «вихідних сигналів», тобто процесів, що відбуваються в поверхневих шарах цих небесних світил.

Проте останніми роками з’явилася можливість використати новий канал інформації, що дає відомості безпосередньо з центральних районів Сонця. Йдеться про так звану нейтринну астрофізику. Якщо джерелом енергії Сонця є термоядерні реакції, то в ході їх повинні народжуватися нейтрино — елементарні частинки, що мають колосальну проникаючу здатність. Вільно пронизуючи товщу сонячної речовини, вони виходять у космічний простір, і певна їх частина досягає Землі. Реєструючи потік сонячних нейтрино, ми можемо судити про процеси, які йдуть у надрах Сонця. За останні роки створено спеціальні прилади для реєстрування сонячних нейтрино, і здобуто перші, щоправда ще суперечливі, дані. Створюються нові, досконаліші нейтринні детектори. І вчені покладають на нейтринний канал інформації великі надії.

Розвиток нейтринної астрофізики — це ще один приклад розширення можливостей вивчення Всесвіту завдяки розвитку нових методів дослідження.

Сонце і життя Землі. «Уся доступна нам природа утворює деяку систему, деякий сукупний зв’язок тіл, причому ми розуміємо тут під словом тіло всі матеріальні реальності, починаючи з зірки і кінчаючи атомом…» '.

Один з проявів цього загального взаємозв'язку — взаємозв'язок сонячних і земних процесів, вплив на земні явища так званої сонячної активності.

За останні десятиліття нагромаджено велику кількість даних, які свідчать про те, що коливання сонячної активності справляють певний вплив на більшість геофізичних процесів, а також на явища, які відбуваються в біосфері нашої планети, тобто в тваринному і рослинному світі Землі, у тому числі в організмі людини.

Зокрема, багато дослідників приходять до висновку про залежність між станом сонячної активності і різними аномаліями в процесах погоди і клімату. Було відзначено, що у періоди максимуму сонячної активності відбувається інтенсивний обмін повітряними масами між тропічним і полярним районами нашої планети. Тепле повітря проникає далеко на північ, а холодне — на південь. Погода стає нестійкою, а атмосферні явища набувають інколи досить бурхливого характеру.

Порівнювання протягом тривалого часу спеціальних «карт сонячної активності» з метеорологічними даними показало, що невдовзі після проходження активних районів через центр сонячного диска в земній атмосфері нерідко виникають сильні збурення, що ведуть до утворення циклонів і антициклонів і до різких змін погоди. Є також підстави припускати, що активні явища на Сонці впливають і на такі геофізичні явища, як виверження вулканів, землетруси, коливання рівнів морів і океанів. Вони можуть навіть викликати зміни швидкості добового обертання нашої планети.

Однак фізичний механізм, який зв’язує коливання сонячної активності і процеси, що відбуваються в атмосфері Землі, її надрах і біосфері, поки що залишається неясним. У цьому напрямі ведуться наполегливі дослідження.

Ще в тридцяті роки з ініціативи радянського вченого професора О. Л. Чижевського було здійснено тривалий експеримент із зіставлення даних про рівень сонячної активності із станом великої кількості пацієнтів медичних закладів. При цьому з’ясувалось, що періоди посилення активності Сонця збігаються з різким зростанням серцевих захворювань. Аналогічні спостереження, проведені вже в наш час, показали, що значна частина загострень різних захворювань, збігається з проходженням сонячних плям через центральну частину диска Сонця. Було також помічено, що сонячні спалахи впливають на стан нервової системи людини. Є дані, які свідчать про те, що сонячна активність справляє певний вплив на фізичні й хімічні процеси, що відбуваються у так званих колоїдних системах. А такі системи становлять основу біологічних об'єктів.

Дослідження останніх років показали, що зміни магнітних полів на Сонці позначаються на стані міжпланетного магнітного поля. При цьому «передавальною інстанцією» є так званий сонячний вітер (потоки сонячної плазми), що рухається від нашого денного світила й пронизує простір Сонячної системи. А міжпланетне магнітне поле знову ж таки за участю сонячного вітру в свою чергу впливає на стан земного магнетизму.

В результаті досліджень радянського астрофізика члена-кореспондента АН СРСР Е. Р. Мустеля та ряду інших учених було виявлено залежність процесів, що відбуваються в нижніх шарах повітряної оболонки Землі — тропосфері, — від фізичного стану потоків сонячних частинок у навколоземному просторі. Не викликає сумнівів роль корпускулярних випромінювань 00Н-ця і у виникненні магнітних бур. Сонячні корпускулярні потоки, які є особливо інтенсивними у періоди посилення активності денного світила, рухаються в просторі, захоплюючи з собою магнітні поля. Зустрічаючи на своєму шляху Землю, магнітні поля таких потоків починають взаємодіяти з магнітним полем нашої планети, спричинюючи його збурення, а також істотно впливаючи на фізичний стан верхніх шарів земної атмосфери. Зокрема, в атмосфері виникають додаткові електричні струми, змінюється електричний потенціал планети. Внаслідок цього ми опиняємося у перемінному електричному полі, що може негативно позначатися на стані живих організмів.

З іншого боку, не можна не враховувати і такого істотного фактора, як пристосовуваність живих організмів до зовнішніх умов. Виходячи з того, що ми знаємо про наше денне світило, коливання сонячної активності не е чимось характерним тільки для нашої епохи. Мабуть, подібні явища відбувалися на Сонці завжди, принаймні у ті останні чотири мільярди років, протягом яких на Землі розвивалося життя.

Але у такому разі в процесі природного добору і боротьби за існування живі організми нашої планети повинні були пристосуватися до коливань сонячної активності і виробити щодо них певну стійкість. Чому ж зміни рівня активності нашого денного світила можуть впливати на біосферу?

Можливо, пояснення полягав в тому, що сонячна активність впливає лише на ті організми, які в даний момент часу з тієї чи іншої причини перебувають у нестійкому стані.

Проте вичерпну відповідь на це питання можна дати тільки тоді, коли буде з’ясовано всі ланки передавального механізму, що зв’язує сонячну активність і біосферу нашої планети.

Треба звернути увагу і на ту обставину, що наші сучасні знання про сонячно-земні зв’язки мають в основному статистичний характер. Нам відомо, що, коли на Сонці відбуваються коливання рівня активності, то на Землі спостерігається ряд певних геофізичних явищ і явищ у біосфері. Але, як і у випадку з впливом, сонячної активності на погоду, фізичний механізм, що зв’язує ці два ряди явищ, поки що залишається неясним.

Пізнання цього механізму допомогло б глибше зрозуміти взаємозв'язок різних світових процесів. Справа в тому, що світлове випромінювання і радіохвилі приносять відомості про активні явища на Сонці набагато раніше, ніж корпускулярні потоки, породжені цими явищами, долають відстань до земної орбіти. І коли б ми знали закономірності сонячно-земних зв’язків, то могли б наперед прогнозувати земні наслідки сонячних процесів і у разі потреби вживати відповідних заходів.

Використання сонячної енергії. У проблеми Сонце — Земля є ще одна сторона, що має надзвичайно важливе значення для людства. Йдеться про можливості використання сонячної енергії.

Сонце випромінює величезну кількість енергії. І хоч на частку нашої планети припадає всього лише одна двохмільярдна її частина, це дуже багато. Протягом усього лише кількох десятків діб від Сонця надходить на Землю така сама кількість енергії, яку можна порівняти з енергією всіх існуючих на Землі запасів палива.

Цілком природно, що перед наукою і технікою стоїть питання про практичне використання сонячної енергії. Перші успішні кроки в цьому напрямі вже зроблені. Як відомо, електричну енергію для живлення бортової апаратури штучних супутників Землі, орбітальних і міжпланетних станцій виробляють напівпровідникові сонячні батареї — прямі перетворювачі сонячної енергії в електричну.

Діють сонячні установки і на Землі. Це в основному різні водонагрівачі, призначені переважно для побутових потреб. Створюються і перші експериментальні станції промислового призначення. При цьому найперспективнішим є застосування напівпровідникових перетворювачів сонячної енергії. Але оскільки коефіцієнт корисної дії сучасних сонячних напівпровідникових батарей порівняно невисокий, то створення подібних установок нині є економічно недоцільним.

Однак учені та інженери працюють над удосконалюванням сонячних батарей, і можна припускати, що з часом сонячне випромінювання стане одним з найважливіших джерел електричної енергії. Розглядаються також проекти орбітальних сонячних електростанцій, здатних зробити істотний внесок в енергетичний баланс земної цивілізації.

Та, мабуть, особливо привабливим е оволодіння механізмом фотосинтезу, дивовижного природного процесу, що відбувається в зеленому листку рослин, де під дією сонячного випромінювання з води й вуглекислого газу атмосфери синтезуються харчові речовини і виділяється необхідний для дихання кисень. Якби вдалося розкрити закономірності фотосинтезу і навчитися здійснювати цей процес штучним шляхом поза рослинами, то докорінно змінилося б існування людини. Тоді більшість життєво необхідних харчових продуктів можна було б виробляти на спеціальних фабриках без допомоги сільського господарства, у наперед запланованих кількостях незалежно від погодних, кліматичних й інших природних умов.

Методичні міркування. Треба особливо підкреслити, що Сонце і його випромінювання — ті космічні фактори, від яких великою мірою залежить стан нашого безпосереднього земного середовища життя. Взаємозв'язок фізичних процесів, що відбуваються на Сонці, і геофізичних явищ, а також явищ у біосфері нашої планети — один з проявів загального взаємозв'язку світових процесів.

Треба також відзначити, що вивчення закономірностей сонячно-земних зв’язків належить до числа тих фундаментальних проблем сучасної астрономії, які мають безпосереднє практичне значення.

У світі зір. Зоряне небо на перший погляд вдається незмінним. З року в рік, із сторіччя в сторіччя людям сяють одні й ті самі зорі, не змінюються також знайомі обриси сузір'їв. Проте враження це обманливе. Насправді космічні об'єкти і еволюціонують і переміщуються в просторі, і тільки величезні відстані і відносно невелика порівняно з довгочасністю космічних процесів тривалість людського існування не дає нам можливості всі ці зміни спостерігати безпосередньо.

Тому чи не найголовнішим завданням сучасної астрофізики є вивчення еволюції космічних об'єктів, умов і закономірностей їх виникнення й розвитку. В цьому ключ до розуміння будови того світу, в якому ми живемо і частиною якого ми є, усвідомлення того становища, яке в цьому світі посідає людина і людство.

І цілком природно, що серед різноманітних проблем еволюції одне з перших місць посідають проблеми походження й розвитку зір, небесних тіл, в яких зосереджено переважну більшість речовини усіх космічних об'єктів.

Згідно з даними астрономічних спостережень, а також теорії будови і еволюції зір різні зорі мають різний вік. Протягом свого тривалого і складного шляху розвитку вони переходять з однієї стадії в іншу. Ці стадії зв’язані головним чином з плином тих фізичних процесів, унаслідок яких відбувається виділення енергії і світіння зір. Йдеться про гравітаційне стиснення і термоядерні реакції. І чим масивніша зоря, тим швидше вона долає кожну чергову стадію.

Тому чим більша маса зорі, яку вона має на тому чи іншому етапі своєї еволюції, тим більшим повинен бути її вік. Зрозуміло, оцінка віку зорі за її масою є досить приблизною, оскільки нам невідомо, чи знаходиться зоря на початку чи в кінці чергового етапу своєї еволюції.

Є й інші способи визначення тривалості існування конкретних зір, але й вони значною мірою приблизні. Проте здобуті результати показують, що ця тривалість різниться в досить широких межах. Є зорі молоді і зорі старі. Більше того, існують різні покоління зір. Зорі першого покоління формувалися в той час, коли навколишнє середовище складалося на три чверті з водню і на одну чверть з гелію. Наприкінці свого існування ці зорі, руйнуючись, збагачували середовище й більш важкими елементами, що утворилися в їхніх надрах у процесі термоядерного синтезу. Тому в зорях другого покоління повинно міститися більше важких елементів. Якщо виходити з цієї ознаки, то наше Сонце належить, очевидно, до зір другого покоління.

Методичні міркування. Середня тривалість життя зір, що становить мільярди років, не дає можливості простежити за еволюцією тієї чи іншої конкретної зорі протягом більш-менш значного періоду її існування. Навіть сто і тисяча років у житті зорі — це мить у житті людини. На допомогу астрономам приходить вже знайомий нам метод порівняння. Те, чого не можна досягти шляхом спостережень за станом однієї окремо взятої зорі, можна здійснити, порівнюючи між собою зорі одного й того самого типу, але різного віку. Такий «віковий ряд» немов би замінює стани окремої зорі, що йдуть у часі один за одним.

Найбільшу частину свого життя з моменту, коли в їхніх надрах запалюються термоядерні реакції і до моменту «вигорання» водню, звичайні, «нормальні» зорі перебувають в усталеному стані. Тому головний інтерес для науки становлять початковий і завершальний етапи у їх житті, коли подіїЇ розгортаються досить бурхливо — процеси «народження» і «вмирання» цих космічних тіл.

.

.

_.

.