Bản dịch tự động sơ bộ, chất lượng thấp: có thể còn lỗi và câu chữ chưa tự nhiên. Bản này sẽ được thay bằng bản dịch tốt hơn. Bản gốc →
13
Quang quyển (trong tiếng Nga - quả cầu ánh sáng) là lớp sâu nhất của bầu khí quyển mặt trời mà chúng ta có thể quan sát được. Cái tên - “quả cầu ánh sáng” - minh họa rất rõ ý nghĩa của nó đối với chúng ta, nhưng từ nó, chúng ta nhận được phần lớn ánh sáng và cơ thể. Độ dày của quang quyển rất nhỏ - khoảng 100 km, và điều này là do Mặt trời cực kỳ sắc nét, xuất hiện trên bề mặt cứng của nó. Mức độ của quang quyển cũng rất thú vị vì ở đây người ta quan sát thấy các vết đen mặt trời, số lượng và kích thước của chúng đóng vai trò là đặc điểm nổi bật nhất của hoạt động mặt trời.
Vùng phía trên quang quyển được đặc trưng bởi mật độ giảm mạnh. Khu vực này được gọi là chromosphaeus (trong tiếng Nga - “quả cầu màu”). Trong nhật thực toàn phần, khi ánh sáng cực mạnh của quang quyển chặn đường đi giữa Mặt trời và Trái đất của Mặt trăng, sắc quyển có thể nhìn thấy dưới dạng một màu đỏ nhọn bao quanh đĩa Mặt trời. Màu sắc này là do thực tế là sắc quyển chủ yếu bao gồm hydro và khí này có vạch quang phổ sáng nhìn thấy được trong vùng màu đỏ của quang phổ.
Vùng tiếp theo của bầu khí quyển mặt trời, vành nhật hoa, có thể nhìn thấy trong nhật thực toàn phần dưới dạng vương miện màu trắng lộng lẫy, tương phản với ánh sáng đỏ của sắc quyển. Vành nhật hoa mặt trời bao gồm plasma tinh khiết có nhiệt độ khoảng 10⁶ K. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng khí vành nhật hoa nóng (plasma) liên tục phát ra từ Mặt trời sẽ đến được Trái đất. Nhưng mật độ của nó gần Trái đất quá nhỏ nên không thể có ý nghĩa gì đáng kể.
Dòng khí vành nhật hoa thoát ra liên tục được gọi là gió mặt trời. Gió mặt trời bao gồm chủ yếu là các ison H⁺ và ⁴He⁺⁺, nhưng các thành phần khác đã được phát hiện, bao gồm ³He⁺⁺, ⁴He⁺, O⁺⁵, O⁺⁶, O⁺⁷ Một lý thuyết được chấp nhận rộng rãi giải thích các quá trình vật lý xảy ra trong gió mặt trời vẫn chưa được tạo ra, mặc dù có một số giả thuyết đưa ra các giá trị khác nhau về mật độ - từ 6,75 đến 13 hạt/cm³ (ở 0 °C và mật độ áp suất khí quyển ≈ 3·10¹⁹ hạt/cm³), nhiệt độ - từ 9·10⁴ đến 2,8·10⁵ K và tốc độ gió mặt trời - từ 165 đến 350 km/s.
Mặt trời quay quanh trục của nó cùng hướng với Trái đất, nhưng không giống Trái đất, nó không quay như một vật thể cứng. Các vùng cực của Mặt trời quay chậm hơn các vùng xích đạo, một đặc tính gọi là chuyển động quay vi sai. Tần số quay tại các điểm khác nhau của Mặt trời được xác định gần đúng theo công thức thực nghiệm
ω = 1/T₀ (1−1/8 sin²φ−1/6 sin⁴φ) vòng quay mỗi ngày Trái Đất, trong đó φ là độ lệch địa lý, T₀ là khoảng thời gian của ngày mặt trời ở xích đạo; T₀=26 ngày Trái đất. Chu kỳ quay thay đổi từ 26 ngày ở xích đạo đến 37 ngày ở hai cực, trong đó φ=90°=π/2.
Người ta biết được từ các nhà quan sát quang phổ rằng có một từ trường xung quanh Mặt trời. Ở các vùng cực của Mặt trời, trường định hướng là khoảng 10⁻⁴ T và các vectơ định hướng hướng ngược nhau. Tuy nhiên, không giống như từ trường Trái đất, từ trường của Mặt trời không đối xứng. Nguồn gốc của nó là các chuyển động phức tạp của plasma, một chất có tính dẫn điện cao.
Ít được quan tâm là các khu vực trên bề mặt mặt trời trong đó hướng của từ trường đạt giá trị cao - 0,2-0,4 Tesla. Từ trường mạnh như vậy tác dụng lên các điện tích truyền động của plasma, tức là các onns và electron, với một lực đáng kể và do đó ngăn cản sự trộn lẫn của chúng. Xét cho cùng, điện tích dẫn động là một dòng điện trong đó từ trường tác dụng với một lực tỷ lệ thuận với dòng điện và hướng của từ trường. Do đó, những khu vực có từ trường mạnh sẽ trở nên lạnh hơn và khi quan sát sẽ tối. Những “hòn đảo” tối tăm này được gọi là đốm. Diện tích của vết đen mặt trời được thay đổi có điều kiện tính bằng phần triệu diện tích của bán cầu mặt trời (MSA). Các vết đen mặt trời đôi khi đạt kích thước lên tới vài nghìn ms và vết đen mặt trời lớn nhất được ghi nhận (quan sát được vào ngày 7 tháng 4 năm 1947) có diện tích hơn 6000 ms, tức là hơn 15 tỷ km2! Trong một khu vực như vậy họ có thể đặt-
14
Hình 1.
gần như tất cả các hành tinh của hệ mặt trời.
Những đốm lớn có thể được quan sát ngay cả với ống nhòm nhỏ. (Chỉ cần đừng nhìn vào Mặt trời, nó sẽ không khâu mắt bạn trước đâu!) Tốt nhất bạn nên lấy nét hình ảnh trên màn hình trắng đặt phía sau thị kính. Nếu bạn may mắn và hướng thiết bị về phía Mặt trời khi có một nhóm lớn các điểm trên bề mặt quan sát được của nó, thì bạn cũng sẽ có thể nhìn thấy các khu vực sáng hơn xung quanh các điểm đó - flocculi. Nếu rất may mắn, bạn sẽ có thể thấy một luồng sáng đột ngột xuất hiện gần một nhóm điểm, bao phủ một khu vực đáng kể. Biết rằng bạn đã nhìn thấy một ngọn lửa mặt trời rất lớn.
Bão mặt trời bắt nguồn từ các lớp thấp hơn của quầng mặt trời, khi năng lượng khổng lồ được giải phóng vào một khu vực tương đối nhỏ trong thời gian ngắn - lên tới J (tương đương với vụ nổ tấn thuốc nổ tiêu chuẩn). Nhiệt độ của chất trong vùng bùng phát có thể đạt tới K. Ngọn lửa đi kèm với bức xạ mạnh. Cường độ lớn nhất của bức xạ này xảy ra ở vùng RENTEN và vùng cực tím trong quang phổ của nó, cũng như ở vùng màu đỏ nhìn thấy được của quang phổ. Và chỉ những tia sáng mạnh nhất mới được nhìn thấy dưới ánh sáng trắng. Đây là một sự kiện rất hiếm.
Cho đến nay vẫn chưa có lý thuyết nào thỏa đáng để giải thích
nguồn gốc của tia lửa mặt trời. Nhưng nhiều nhà khoa học cho rằng nguyên nhân rất có thể gây ra ngọn lửa là cái gọi là sự hủy diệt của từ trường mạnh trong quầng mặt trời, trong đó năng lượng của từ trường được chuyển thành động năng của các hạt tích điện tạo nên khí vành.
Nhiều năm quan sát đã chỉ ra rằng hình dạng của vết đen mặt trời thay đổi theo thời gian. Có những ngày không có đốm nào cả nên chúng xuất hiện, lớn dần, số lượng tăng lên, đạt mức tối đa rồi giảm xuống mức tối thiểu. Sự hình thành vết đen của Mặt trời là có tính chu kỳ. Trung bình, khoảng thời gian này là 11 năm, nhưng nhìn chung sự hình thành prana là một hiện tượng rất phức tạp và trên thực tế, thời gian của chu kỳ thay đổi từ 7 đến 17 năm. Để mô tả hoạt động của Mặt trời, nó sử dụng cái gọi là số Sói , được xác định bởi biểu thức
trong đó là số lượng điểm riêng lẻ tại một thời điểm nhất định, là số nhóm điểm, là hệ số tỷ lệ, tùy thuộc vào thiết bị cụ thể được sử dụng để quan sát. Hình 1 cho thấy biểu đồ thay đổi số lượng Sói theo thời gian (các điểm đã được quan sát thường xuyên kể từ năm 1700).
15
Như đã biết, liên lạc vô tuyến trên Trái đất giữa các điểm nằm ở khoảng cách rất xa nhau chỉ có thể thực hiện được nhờ sự hình thành của các lớp dẫn điện cao trong bầu khí quyển Trái đất, được gọi là tầng trong. Các lớp này nằm ở độ cao từ ~ 70 đến 400 km. Độ dẫn điện của chúng là do các ion và electron tạo ra từ sự ion hóa không khí bởi bức xạ cực tím từ Mặt trời.
Khả năng liên lạc vô tuyến đường dài được xác định bởi khả năng phản xạ sóng vô tuyến của tầng trong, do đó có thể vượt xa đường chân trời nhìn thấy được. Sóng vô tuyến bị phản xạ từ tầng trong vì nó có tính dẫn điện. Giống như kim loại phản chiếu ánh sáng khả kiến do chúng có tính dẫn điện cao. Mật độ electron cao ở những nơi (khoảng electron/cm). Sóng vô tuyến có tần số khác nhau được phản xạ ở các độ cao khác nhau. Thực tế là sóng bị phản xạ từ tầng trong nếu tần số của sóng nhỏ hơn một giá trị tới hạn nhất định. Giá trị của tần số tới hạn này phụ thuộc vào mật độ electron trong tầng trong và được xác định theo công thức
trong đó là điện tích và khối lượng của electron, là hằng số điện, là mật độ electron. Sóng có tần số cao hơn truyền qua lớp phi quyển và không bị phản xạ từ nó. Rõ ràng là sóng càng lớn (tần số càng thấp) thì mật độ của các phần tích điện mà sự phản xạ xuyên qua sẽ càng thấp.
Mật độ electron trong khí quyển thay đổi ở các độ cao khác nhau (Hình 2). Tuy nhiên, giá trị của mật độ electron ở độ cao nhất định liên tục thấp hơn do nhiều nguyên tắc. Vì tầng khí quyển phía trên chịu ảnh hưởng của bức xạ mặt trời nên rõ ràng sự ion hóa xảy ra nhiều nhất vào buổi trưa, khi Mặt trời ở vị trí cao nhất trên bầu trời. Sự ion hóa ít nhất được quan sát thấy vào ban đêm, không lâu trước bình minh. Chắc hẳn những người thích mày mò máy thu thanh từ lâu đã nhận thấy rằng một đài phát thanh vốn chỉ nghe được trên sóng ngắn lại có thể nghe rất rõ ở dải sóng giữa. Nếu bạn nhận thấy hiệu ứng này, hãy biết rằng bạn đang phải đối mặt với một trong những tác động của vật lý mặt đất!
Tất nhiên, ngoài mật độ electron đáng kể, còn có những lý do khác dẫn đến sự thay đổi mật độ electron. Cố gắng giải thích cách một đài phát thanh nên thay đổi tần số phát sóng tùy thuộc vào thời gian trong năm và giai đoạn của chu kỳ hoạt động của mặt trời. Hình 3 sẽ giúp bạn trả lời câu hỏi này, trong đó cho thấy sự phân bố điển hình của mật độ electron trong khí quyển tại các thời điểm cực đại (đường cong bên phải trong hình) hoặc cực tiểu (đường cong bên trái) của chu kỳ mặt trời.
Các tia sáng xảy ra trên Mặt trời cũng có tác động mạnh mẽ đến tầng trong. Tăng đáng kể
17
hình cầu, với nhiều nguyên tử hoặc phân tử trung tính khác nhau của không khí ở tầng trên của khí quyển. Trong những sự kiện này, các nguyên tử bị đốt cháy, nghĩa là các electron bị tách ra khỏi chúng. Trong quá trình ngược lại, khi electron lại kết hợp với electron kia, tạo thành nguyên tử trung hòa, ánh sáng sẽ phát ra. Bước sóng của ánh sáng này phụ thuộc vào loại nguyên tử. Do đó, oxy làm bầu trời có màu xanh lục và ánh sáng đỏ sẫm là do nitơ.
Cách đây khá lâu, người ta đã nhận thấy rằng các cơ hội địa từ và cực quang xuất hiện thường xuyên hơn và mạnh hơn trong thời kỳ cực đại của chu kỳ mặt trời. Hầu hết sự gia tăng có thể liên quan đến sự di chuyển của các điểm trên đĩa mặt trời hoặc do các tia sáng mạnh. Nhưng đồng thời, các điểm giống nhau đi qua đĩa mà không gây ra khả năng địa từ; Có những đợt bùng phát mạnh mẽ không gây hậu quả gì trên Trái đất. Do đó, người ta phải kết luận rằng bản thân các vết đen mặt trời và quầng sáng không liên quan trực tiếp đến khả năng địa từ. Nhưng có một hiệu ứng không đổi cho thấy sự hiện diện của các dòng hạt tích điện chuyển động từ Mặt trời. Đây là xu hướng bão từ lặp lại với chu kỳ khoảng 27 ngày. Con số này gần với chu kỳ quay của Mặt trời. Theo đó, “tác nhân” mặt trời gây ra chúng lan truyền dưới dạng một đường đi giới hạn theo vòng quay của mặt trời. Điều thú vị là khả năng lặp lại trong 27 ngày rõ ràng hơn trong thời gian hoạt động tối thiểu của mặt trời, khi “tiêu điểm” nhỏ. Những vùng có thành mỏng này của Mặt trời, gây ra các khả năng địa từ, được gọi là vùng M và trong một thời gian dài, chúng không thể được lắng đọng cùng với bất kỳ sự hình thành cụ thể nào trên Mặt trời. Tình hình gần đây đã trở nên rõ ràng hơn phần nào, khi cái gọi là lỗ vành được phát hiện. Tên này được đặt cho các vùng của quầng mặt trời có mật độ và nhiệt độ đặc biệt thấp. Những khu vực này được đặc trưng bởi mức độ bức xạ thấp trong phạm vi cực tím, vi sóng RENTEN.
Người ta cho rằng sự hiện diện có liên quan đến cấu trúc của từ trường mặt trời - trong vùng lân cận của lỗ, trường được định hướng sao cho nó không có tác động đáng chú ý đến chuyển động của các hạt tích điện của khí vành, và chính từ vùng này, các dòng hạt tích điện mạnh nhất lao vào không gian vũ trụ.
IV
Chắc hẳn nhiều học sinh, sinh viên đã nghĩ: “Ôi, mình sinh ra đã muộn quá! Mọi thứ trong khoa học đều đã được khám phá rồi”. Vâng, thực sự, rất nhiều điều đã được thực hiện. Nhưng khoa học về Mặt trời và nó