Bầu khí quyển của Mặt trời bị chi phối bởi một nhịp điệu lên xuống tuyệt vời của các hoạt động. Vết đen Mặt trời, vết đen lớn nhất có thể nhìn thấy được ngay cả khi không có kính thiên văn, là những vùng có từ trường cực mạnh trên bề mặt của một ngôi sao. Một đốm trưởng thành điển hình có màu trắng và hình hoa cúc. Nó bao gồm một lõi trung tâm tối được gọi là umbra, là một vòng từ thông kéo dài theo chiều dọc từ bên dưới, và một vòng sợi nhẹ hơn xung quanh nó, được gọi là penumbra, trong đó từ trường mở rộng ra ngoài theo chiều ngang.
Vết đen
Vào đầu thế kỷ XX. George Ellery Hale, sử dụng kính thiên văn mới của mình để quan sát hoạt động của mặt trời trong thời gian thực, nhận thấy rằng quang phổ của các vết đen tương tự như quang phổ của các ngôi sao loại M màu đỏ lạnh. Do đó, ông đã chỉ ra rằng cái bóng có vẻ tối vì nhiệt độ của nó chỉ khoảng 3000 K, nhỏ hơn nhiều so với nhiệt độ xung quanh là 5800 K.quang quyển. Áp suất từ trường và khí tại chỗ phải cân bằng với áp suất xung quanh. Nó phải được làm mát để áp suất bên trong của khí trở nên thấp hơn đáng kể so với bên ngoài. Trong các lĩnh vực "mát mẻ" là các quy trình chuyên sâu. Các vết đen mặt trời được làm mát bằng cách ngăn chặn sự đối lưu, truyền nhiệt từ bên dưới, bởi một trường mạnh. Vì lý do này, giới hạn dưới của kích thước của chúng là 500 km. Các điểm nhỏ hơn nhanh chóng bị bức xạ xung quanh làm nóng và bị phá hủy.
Mặc dù thiếu sự đối lưu, có rất nhiều chuyển động có tổ chức trong các mảng, chủ yếu là trong bóng râm một phần nơi các đường ngang của sân cho phép. Một ví dụ về chuyển động như vậy là hiệu ứng Evershed. Đây là dòng chảy với tốc độ 1 km / s ở nửa ngoài của penumbra, vượt ra ngoài giới hạn của nó dưới dạng các vật thể chuyển động. Loại thứ hai là các phần tử của từ trường chảy ra ngoài vùng xung quanh điểm. Trong tầng màu phía trên nó, dòng chảy Ngược chiều xuất hiện dưới dạng xoắn ốc. Nửa bên trong của penumbra đang di chuyển về phía bóng tối.
Vếtnắng cũng dao động. Khi một mảng của quang quyển được gọi là "cầu ánh sáng" băng qua bóng tối, sẽ có một dòng chảy ngang nhanh. Mặc dù trường bóng quá mạnh để cho phép chuyển động, nhưng vẫn có những dao động nhanh với chu kỳ 150 s trong sắc quyển ngay phía trên. Trên penumbra có cái gọi là. sóng truyền hướng tâm ra ngoài với chu kỳ 300 s.
Số vết đen
Hoạt động mặt trời đi qua toàn bộ bề mặt của ngôi sao trong khoảng 40 ° một cách có hệ thốngvĩ độ, cho biết bản chất toàn cầu của hiện tượng này. Mặc dù có những biến động đáng kể trong chu kỳ, nhưng nhìn chung nó đều đặn một cách ấn tượng, bằng chứng là thứ tự được thiết lập tốt về vị trí số và vĩ độ của các vết đen.
Vào đầu thời kỳ, số lượng các nhóm và quy mô của chúng tăng nhanh chóng cho đến sau 2-3 năm đạt được số lượng tối đa và sau một năm nữa - diện tích tối đa. Thời gian tồn tại trung bình của một nhóm là khoảng một vòng quay của Mặt trời, nhưng một nhóm nhỏ chỉ có thể tồn tại 1 ngày. Các nhóm vết đen lớn nhất và các vụ phun trào lớn nhất thường xảy ra 2 hoặc 3 năm sau khi đạt đến giới hạn vết đen.
Có thể có tối đa 10 nhóm và 300 điểm, và một nhóm có thể có tới 200. Quá trình của chu kỳ có thể không đều. Ngay cả khi ở gần mức tối đa, số lượng vết đen có thể tạm thời giảm đáng kể.
11 năm chu kỳ
Số lượng vết đen trở lại tối thiểu khoảng 11 năm một lần. Tại thời điểm này, có một số hình thành tương tự nhỏ trên Mặt trời, thường ở vĩ độ thấp và trong nhiều tháng, chúng có thể vắng mặt hoàn toàn. Các vết đen mới bắt đầu xuất hiện ở vĩ độ cao hơn, từ 25 ° đến 40 °, với cực ngược lại so với chu kỳ trước.
Đồng thời, các điểm mới có thể tồn tại ở vĩ độ cao và các điểm cũ ở vĩ độ thấp. Những đốm đầu tiên của chu kỳ mới nhỏ và chỉ sống được vài ngày. Vì chu kỳ quay là 27 ngày (dài hơn ở vĩ độ cao hơn), chúng thường không quay trở lại và những cái mới hơn ở gần đường xích đạo hơn.
Cho chu kỳ 11 nămCấu hình cực từ của các nhóm vết đen ở một bán cầu nhất định giống nhau và ngược hướng ở bán cầu kia. Nó thay đổi trong kỳ tiếp theo. Do đó, các vết đen mới ở vĩ độ cao ở Bắc bán cầu có thể có cực dương và sau đó là cực âm, và các nhóm từ chu kỳ trước ở vĩ độ thấp sẽ có hướng ngược lại.
Dần dần, các vết cũ biến mất, và các vết mới xuất hiện với số lượng và kích thước lớn ở các vĩ độ thấp hơn. Phân bố của chúng có hình dạng giống như một con bướm.
Đầy đủ chu kỳ
Vì cấu hình phân cực từ của các nhóm vết đen thay đổi sau mỗi 11 năm, nên cứ sau 22 năm, nó lại trở về cùng một giá trị, và khoảng thời gian này được coi là chu kỳ của một chu kỳ từ trường hoàn chỉnh. Vào đầu mỗi chu kỳ, trường toàn phần của Mặt trời, được xác định bởi trường ưu thế ở cực, có cùng cực với các điểm của chu kỳ trước. Khi các vùng hoạt động bị phá vỡ, từ thông được chia thành các phần có dấu dương và dấu âm. Sau khi nhiều điểm xuất hiện và biến mất trong cùng một vùng, các vùng đơn cực lớn có dấu hiệu này hoặc dấu hiệu khác được hình thành, chúng di chuyển về phía cực tương ứng của Mặt trời. Trong mỗi cực tiểu ở các cực, thông lượng của cực tiếp theo trong bán cầu đó chiếm ưu thế và đây là trường như được nhìn thấy từ Trái đất.
Nhưng nếu tất cả các từ trường đều cân bằng, làm thế nào chúng phân chia thành các vùng đơn cực lớn chi phối trường cực? Câu hỏi này chưa được trả lời. Các trường tiếp cận các cực quay chậm hơn các vết đen ở vùng xích đạo. Cuối cùng các trường yếu đạt cực và đảo ngược trường trội. Điều này làm đảo ngược sự phân cực mà các vị trí dẫn đầu của các nhóm mới sẽ chiếm lấy, do đó tiếp tục chu kỳ 22 năm.
Chứng tích lịch sử
Mặc dù chu kỳ hoạt động của mặt trời diễn ra khá đều đặn trong vài thế kỷ, nhưng đã có những biến thể đáng kể trong đó. Vào năm 1955-1970, có nhiều vết đen hơn ở Bắc bán cầu, và vào năm 1990, chúng chiếm ưu thế ở phía Nam. Hai chu kỳ, đạt đỉnh vào năm 1946 và 1957, là chu kỳ lớn nhất trong lịch sử.
Nhà thiên văn học người Anh W alter Maunder đã tìm thấy bằng chứng về một thời kỳ hoạt động từ trường của mặt trời thấp, cho thấy rằng rất ít vết đen được quan sát từ năm 1645 đến 1715. Mặc dù hiện tượng này được phát hiện lần đầu tiên vào khoảng năm 1600, nhưng rất ít trường hợp nhìn thấy được ghi lại trong thời kỳ này. Khoảng thời gian này được gọi là giới hạn tối thiểu.
Những nhà quan sát có kinh nghiệm cho biết sự xuất hiện của một nhóm điểm mới là một sự kiện trọng đại, lưu ý rằng họ đã không nhìn thấy chúng trong nhiều năm. Sau năm 1715 hiện tượng này trở lại. Nó trùng với thời kỳ lạnh nhất ở châu Âu từ năm 1500 đến năm 1850. Tuy nhiên, mối liên hệ giữa những hiện tượng này vẫn chưa được chứng minh.
Có một số bằng chứng cho các giai đoạn tương tự khác trong khoảng thời gian khoảng 500 năm. Khi hoạt động của mặt trời cao, từ trường mạnh do gió mặt trời tạo ra sẽ chặn các tia vũ trụ thiên hà năng lượng cao tiếp cận Trái đất, dẫn đến ítsự hình thành carbon-14. Việc đo14С trong vòng cây xác nhận hoạt động thấp của Mặt trời. Chu kỳ 11 năm không được phát hiện cho đến những năm 1840, vì vậy các quan sát trước thời điểm đó là không thường xuyên.
Vùng phù du
Ngoài các vết đen, có nhiều vùng lưỡng cực nhỏ gọi là vùng hoạt động phù du tồn tại trung bình dưới một ngày và được tìm thấy trên khắp Mặt trời. Số lượng của chúng lên tới 600 con mỗi ngày. Mặc dù các vùng phù du nhỏ nhưng chúng có thể tạo nên một phần đáng kể từ thông của mặt trời. Nhưng vì chúng trung lập và khá nhỏ, chúng có thể không đóng một vai trò nào trong sự phát triển của chu kỳ và mô hình trường toàn cầu.
Ưu đãi
Đây là một trong những hiện tượng đẹp nhất có thể quan sát được trong quá trình hoạt động của mặt trời. Chúng tương tự như những đám mây trong bầu khí quyển của Trái đất, nhưng được hỗ trợ bởi từ trường chứ không phải thông lượng nhiệt.
Plasma của các ion và electron tạo nên khí quyển Mặt Trời không thể vượt qua các đường trường nằm ngang, bất chấp lực hấp dẫn. Điểm nổi bật xảy ra ở ranh giới giữa các cực đối diện, nơi các đường trường thay đổi hướng. Do đó, chúng là những chỉ báo đáng tin cậy về sự chuyển đổi trường đột ngột.
Cũng như trong sắc quyển, các điểm nổi bật là trong suốt dưới ánh sáng trắng và ngoại trừ nguyệt thực toàn phần, nên được quan sát ở Hα (656, 28 nm). Trong khi nguyệt thực, vạch Hα màu đỏ mang lại cho các điểm nổi bật một màu hồng tuyệt đẹp. Mật độ của chúng thấp hơn nhiều so với mật độ của quang quyển, vì nó quáít va chạm. Chúng hấp thụ bức xạ từ bên dưới và phát ra theo mọi hướng.
Ánh sáng nhìn thấy từ Trái đất trong nhật thực không có tia đi lên, vì vậy các điểm nổi bật có vẻ tối hơn. Nhưng vì bầu trời thậm chí còn tối hơn, chúng xuất hiện sáng trên nền của nó. Nhiệt độ của chúng là 5000-50000 K.
Các loại nổi bật
Có hai loại nổi bật chính: yên tĩnh và chuyển tiếp. Các từ trường trước đây được liên kết với các từ trường quy mô lớn đánh dấu ranh giới của các vùng từ trường đơn cực hoặc các nhóm vết đen mặt trời. Vì những khu vực như vậy sống trong một thời gian dài, điều này cũng đúng đối với những khu vực nổi bật yên tĩnh. Chúng có thể có nhiều hình dạng khác nhau - hàng rào, đám mây lơ lửng hoặc hình phễu, nhưng chúng luôn là hai chiều. Các sợi ổn định thường trở nên không ổn định và phun ra, nhưng cũng có thể đơn giản biến mất. Những điểm nổi bật bình tĩnh tồn tại trong vài ngày, nhưng những điểm nổi bật mới có thể hình thành ở ranh giới từ tính.
Sự nổi bật thoáng qua là một phần không thể thiếu của hoạt động năng lượng mặt trời. Chúng bao gồm các tia phản lực, là một khối vật chất vô tổ chức được phóng ra bởi một ngọn lửa, và các khối, là những dòng khí thải nhỏ chuẩn trực. Trong cả hai trường hợp, một số vấn đề trở lại bề mặt.
Nổi bật hình vòng cung là hậu quả của những hiện tượng này. Trong quá trình bùng phát, dòng điện tử làm nóng bề mặt lên đến hàng triệu độ, tạo thành các nốt thăng hoa nóng (hơn 10 triệu K). Chúng tỏa ra mạnh mẽ, được làm lạnh và không được hỗ trợ, đi xuống bề mặt ở dạngcác vòng lặp thanh lịch, tuân theo các đường sức từ.
Nháy
Hiện tượng ngoạn mục nhất liên quan đến hoạt động của mặt trời là pháo sáng, là sự giải phóng năng lượng từ trường mạnh mẽ từ vùng có vết đen. Mặc dù có năng lượng cao, hầu hết chúng hầu như không thể nhìn thấy được trong dải tần số nhìn thấy được, vì sự phát xạ năng lượng xảy ra trong bầu khí quyển trong suốt và chỉ quang quyển đạt mức năng lượng tương đối thấp mới có thể quan sát được trong ánh sáng nhìn thấy.
Pháo sáng được nhìn thấy rõ nhất ở vạch Hα, nơi độ sáng có thể lớn hơn 10 lần so với sắc cầu lân cận và cao hơn 3 lần so với liên tục xung quanh. Trong Hα, một ngọn lửa lớn sẽ bao phủ vài nghìn đĩa mặt trời, nhưng chỉ có một số điểm sáng nhỏ xuất hiện trong vùng ánh sáng nhìn thấy. Năng lượng giải phóng trong trường hợp này có thể đạt tới 1033erg, bằng với sản lượng của toàn bộ ngôi sao trong 0,25 s. Phần lớn năng lượng này ban đầu được giải phóng dưới dạng các electron và proton năng lượng cao, và bức xạ khả kiến là hiệu ứng thứ cấp do tác động của các hạt lên sắc quyển.
Các loại bùng phát
Phạm vi kích thước của pháo sáng rất rộng - từ khổng lồ, bắn phá Trái đất bằng các hạt, đến hầu như không đáng chú ý. Chúng thường được phân loại theo thông lượng tia X liên quan với bước sóng từ 1 đến 8 angstrom: Cn, Mn hoặc Xn cho hơn 10-6, 10-5 và 10-4W / m2tương ứng. Vì vậy, M3 trên Trái đất tương ứng với một thông lượng 3 ×10-5W / m2. Chỉ số này không tuyến tính vì nó chỉ đo đỉnh chứ không đo tổng bức xạ. Năng lượng giải phóng trong 3-4 pháo sáng lớn nhất mỗi năm tương đương với tổng năng lượng của tất cả các pháo sáng khác.
Các loại hạt được tạo ra bởi sự nhấp nháy thay đổi tùy thuộc vào nơi có gia tốc. Không có đủ vật chất giữa Mặt trời và Trái đất cho các vụ va chạm ion hóa, vì vậy chúng vẫn giữ nguyên trạng thái ion hóa ban đầu. Các hạt được gia tốc trong vành nhật hoa bằng sóng xung kích cho thấy sự ion hóa tràng hoa điển hình là 2 triệu K. Các hạt được gia tốc trong thể bùng phát có độ ion hóa cao hơn đáng kể và nồng độ cực cao của He3, một đồng vị hiếm của heli chỉ với một neutron.
Hầu hết các đốm sáng lớn xảy ra ở một số ít nhóm vết đen lớn hiếu động. Nhóm là những cụm lớn có một cực từ được bao quanh bởi phần ngược lại. Mặc dù có thể dự đoán về hoạt động của tia lửa mặt trời do sự hiện diện của các thành tạo như vậy, nhưng các nhà nghiên cứu không thể dự đoán khi nào chúng sẽ xuất hiện và không biết điều gì tạo ra chúng.
Tác động Trái đất
Ngoài việc cung cấp ánh sáng và nhiệt, Mặt trời tác động lên Trái đất thông qua bức xạ cực tím, luồng gió Mặt trời liên tục và các hạt từ các pháo sáng lớn. Bức xạ cực tím tạo ra tầng ôzôn, từ đó bảo vệ hành tinh.
Tia X mềm (bước sóng dài) từ hào quang mặt trời tạo ra các lớp của tầng điện ly tạo nênliên lạc vô tuyến sóng ngắn khả thi. Vào những ngày hoạt động của mặt trời, bức xạ từ vành nhật hoa (thay đổi chậm) và pháo sáng (bốc đồng) tăng lên để tạo ra lớp phản xạ tốt hơn, nhưng mật độ của tầng điện ly tăng lên cho đến khi sóng vô tuyến bị hấp thụ và liên lạc sóng ngắn bị cản trở.
Các xung tia X cứng hơn (bước sóng ngắn hơn) từ pháo sáng làm ion hóa lớp thấp nhất của tầng điện ly (lớp D), tạo ra phát xạ vô tuyến.
Từ trường quay của Trái đất đủ mạnh để chặn gió Mặt trời, tạo thành một từ quyển mà các hạt và trường chuyển động xung quanh. Ở phía đối diện với điểm sáng, các đường trường tạo thành một cấu trúc được gọi là chùm hoặc đuôi địa từ. Khi gió Mặt Trời tăng lên, trường Trái Đất cũng tăng mạnh. Khi trường liên hành tinh chuyển đổi theo hướng ngược lại với Trái đất hoặc khi các đám mây hạt lớn va vào nó, từ trường trong chùm tia tái kết hợp và năng lượng được giải phóng để tạo ra cực quang.
Bão từ và hoạt động mặt trời
Mỗi khi một lỗ nhật quang lớn quay quanh Trái đất, gió Mặt trời sẽ tăng tốc và một cơn bão địa từ xảy ra. Điều này tạo ra một chu kỳ 27 ngày, đặc biệt đáng chú ý là ở cực tiểu vết đen mặt trời, giúp dự đoán hoạt động của mặt trời. Các vụ nổ lớn và các hiện tượng khác gây ra các vụ phóng khối lượng vành khuyên, các đám mây gồm các hạt năng lượng tạo thành dòng điện vòng quanh từ quyển, gây ra những dao động mạnh trong trường Trái đất, được gọi là bão địa từ. Những hiện tượng này làm gián đoạn liên lạc vô tuyến và tạo ra đột biến điện trên các đường dây đường dài và các dây dẫn dài khác.
Có lẽ điều hấp dẫn nhất trong tất cả các hiện tượng trên trái đất là tác động có thể có của hoạt động mặt trời đối với khí hậu của hành tinh chúng ta. Mức tối thiểu Mound có vẻ hợp lý, nhưng có những tác động rõ ràng khác. Hầu hết các nhà khoa học tin rằng có một mối liên hệ quan trọng, bị che lấp bởi một số hiện tượng khác.
Bởi vì các hạt mang điện đi theo từ trường, bức xạ tiểu thể không được quan sát thấy trong tất cả các pháo sáng lớn, mà chỉ ở những hạt nằm ở bán cầu tây của Mặt trời. Các đường sức từ phía tây của nó chạm tới Trái đất, hướng các hạt tới đó. Loại thứ hai chủ yếu là proton, bởi vì hydro là nguyên tố cấu thành chính của mặt trời. Nhiều hạt chuyển động với tốc độ 1000 km / giây tạo ra mặt trận sóng xung kích. Luồng các hạt năng lượng thấp trong các pháo sáng lớn dữ dội đến mức nó đe dọa tính mạng của các phi hành gia bên ngoài từ trường Trái đất.
