Колебания и волны на Солнце

Зависимость периода колебаний от горизонтальной длины волны для пятиминутных колебаний, захваченных в подфотосферном волноводе. В действительности из-за конечного времени жизни колебаний и неоднородностей в атмосфере эта идеальная картина несколько размывается. Раздвоение при малых длинах волн происходит из-за вращения Солнца.

Впервые колебания на Солнце обнаружены Р. Лейтоном (США) в 1962 г. по периодич. доплеровским смещениям спектр. линий (см. Доплера эффект). Это были пятиминутные колебания (названы по продолжительности их периода). Амплитуда колебаний - от 100-200 м/с в фотосфере до 1-2 км/с в хромосфере. Горизонтальная (вдоль поверхности Солнца) длина волны ~ 10³-10⁴ км. Мощность колебаний зависит от частоты и горизонтальной длины волны. Спустя примерно 15 лет было установлено, что спектр пятиминутных колебаний состоит из отдельных полос (рис.). Такая структура спектра позволила установить, что пятиминутные колебания - это резонансные колебания верхних слоев конвективной зоны (см. Конвекция). Резонансный слой, или атмосферный волновод, создатся за счт того, что выше и ниже нек-рого уровня в атмосфере Солнца из-за увеличения скорости звука волны отражаются и не могут выйти за пределы этого слоя. Полосы на рис. показывают, при каких именно частотах и длинах волны оказываются запертыми в волноводе. Положение полос в спектре определяется строением конвективной зоны. Т.о., исследования колебаний на Солнце позволили "заглянуть" в недоступные для непосредств. наблюдения подфотосферные слои Солнца. Экспериментально обнаружено, что каждая из полос в спектре пятиминутных колебаний расщепляется на две из-за вращения Солнца. Частота колебаний для неподвижного наблюдателя оказывается различной для волн, бегущих в направлении вращения и против него. Для фиксированной длины волны меньшие периоды соответствуют волнам, бегущим в сторону вращения. Гребни их чаще пробегают через фиксированную точку на диске Солнца, т.к. скорости распространения волн и вращения Солнца складываются. Величина расщепления определяется скоростью вращения Солнца. Поскольку атмосферный волновод для волн различных частот находится на различной глубине, удатся определить, как изменяется скорость вращения Солнца с глубиной, что очень важно для теории генерации магн. поля Солнца.

В сильных магн. полях активных областей на Солнце атмосферные (акустич. и гравитац.) волны превращаются в магнитоатмосферные, к-рые представляют собой магнитогидродинамич. волны в атмосфере, находящейся в поле тяжести. В солнечных пятнах наблюдаются колебания с периодом около трх мин. Это также резонансные колебания, а резонатором явл. хромосфера над пятном. Строение хромосферы над солнечными пятнами изучено недостаточно, и наблюдение колебаний позволяет уточнить существующие модели. Корона над активными областями состоит из отдельных арок, изогнутых вдоль силовых линий магн. поля. Благодаря вмороженности магн. силовых линий корональные арки, концы к-рых как бы закреплены в хромосфере, могут совершать горизонтальные альвеновские колебания подобно изогнутой упругой струне. Первые наблюдения таких колебаний арок уже удалось провести.

Все перечисленные резонансные колебания в солнечной атмосфере могут возбуждаться волновым шумом из конвективной зоны. Однако установить, существует ли действительно такой источник волн на Солнце, до сих пор не удалось, т.к. резонансные колебания могут возбуждаться и из-за различного рода неустойчивостей.

В тех случаях, когда единый волновой процесс охватывает вс Солнце в целом, говорят о пульсациях (колебаниях) Солнца как звезды. В 1976 г. советские астрономы А.Б. Северный, В.А. Котов и Т.Т. Цап на Крымской астрофизич. обсерватории открыли пульсации Солнца с периодом 2 ч 40 мин. Это открытие вызвало бурные дискуссии учных, т.к. пульсации оказываются едва уловимыми для самой совершенной аппаратуры. Амплитуда колебаний 20 км, что составляет ~ 10^-3% диаметра Солнца. Наблюдаются также пульсации Солнца с периодами 20-40 мин и 5 мин. Появилось направление - гелиосейсмология, к-рая занимается исследованием недр Солнца на основе данных о его пульсациях. Нейтринная астрономия и гелиосейсмология сделали возможным экспериментальное исследование солнечных недр, казавшееся ранее фантастическим.

Лит.:
Гибсон Э., Спокойное Солнце пер. с англ., М., 1977; Жугжда Ю., Лоцанс В., Резонансные колебания в солнечных пятнах, пер. с англ., Письма в Астрономический журнал, 1981, т. 7, 1; Кокс Дж.П., Теория звездных пульсаций, пер, с англ., М., 1983; Proceedings of the 66th IAU Colloquium: Problems in solar and stellar oscillations (1-5 September 1981 Crimean Astrophysical Observatory) Solar Physics, 1983, v. 82; Severnу А.В., Кotov V.A., Tsap Т.Т., Nature, 1976, v. 259, p. 87.

(Ю.Д. Жугжда)