Slide 1

Наше Солнце

Богод В.М.

Специальная астрофизическая обсерватория Российской Академии наук

Slide 2

Солнце и Земля

Человечество издавна воспринимало Солнце как источник всей жизни на Земле.

СОЛНЦЕ есть БОГ

Aton, the Sun, was declared God by king Echnathon in ancient

Egypt Sungod Huitzilopochtli in the center of the Aztec calender

Slide 3

Солнечные пятна Первые научные исследования Солнца

Slide 4

Человечество издавна испытывало ужасы и красоту затмений

Загадочность солнечных затмений

Slide 5 Galilei, from 1610

Scheiner, 1625

MDI on SOHO, 2001

История наблюдений солнечной поверхности

Путь от божества к научному объекту

Slide 6

Прямой взгляд вовнутрь Солнца!

•Высокая плотность в ядре.•Ядерные реакции.•Поток нейтрино.•Зона лучистого переноса энергии. •Конвективная зона. •Вынос магнитного поля на поверхность.

Slide 7

Солнце вибрирует под воздействием звуковых волн идущих изнутри наружу.

Звуковые волны создаются процессами внутри Солнца.

Наблюдая колебания солнечной поверхности можно построить внутреннюю структуру Солнца.

Поверхностные колебания снятые со спутника SOHO со скоростью 40000 изображений в минуту

Гелиосейсмология

Проникновение в глубины Солнца!

Slide 8

•Методом гелиосейсмологии SOHO MDI изучается подповерхностная структура Солнца •Вынос магнитных полей на поверхность конвекцией.

A что внутри Солнца?

Slide 9 Fig. 10-2, p. 202

Пятна на Солнцев год минимума активности

Slide 10

•Магнитные поля пятен.•Активные области.•Вспышки.•Корональные выбросы масс.

SOHO MDI магнитограмма

годы максимума активности

Slide 11

Имя СолнцеГалактика Млечный путьСпектральный класс G2Величина + 4.8Расстояние до Земли 149,598,000 км т.е., 1 а.е. Радиус Rs 696,000 км т.e., 109 RE

Масса Ms 1.989 x 1030 кг т.e., 333.000 ME

Средняя плотность 1.409 г см-3

Температура поверхности 5800 KПериод вращения 27.25 дней(синодический), на экваторе

25.38 дней (сидерический), на экватореВозраст 4.60 млрд. летКоличество планет 9, плюс множество мелкихБлижайшая звезда Альфа Центавра, на расст. 4.37 световых лет Ближайшая галактика Магеллановы облака, на 165,000 световых лет Изменение расст. до Земли +/- 1.69 % (+ в июле, - в январе)

Видимый диаметр 31’ 59.3” = 1913.3 “ т.е. 0.5 градусовВидимый радиус 959.65” т.е. 1000 секудн дуги1 arcsec на Солнце,с Земли 725 кмВыход энергии 3.82 x 1033 ВаттПоступление энергии на Землю 1,370 Ватт/м2

Звезда по имени Солнце

Slide 12

Современные проблемы Физики Солнца

•Внутренние слои Солнца: какова структура и динамика? Проблема солнечного ядра.

•Корона: почему она существует и как она разогревается ?

•Цикличность и проблема солнечного динамо.

•Природа вспышек и прогноз солнечной активности.

• Солнечный ветер: где он ускоряется и как?

•Проблема Космической Погоды.

Slide 13

Солнечные пятна это темные области (тень, полутень) на диске Солнца

Они являются следствием сильных магнитных полей, которые препятствуют притоку энергии изнутри Солнца.

Частота появления пятен меняется с 11-летним циклом солнечной активности

Солнечные пятна

Slide 14 Fig. 10-16, p. 208

Размер Земли

Солнечные пятна.Активная область.Вспышки.Корональные выбросы масс

Slide 15

Размер ячеек ~100 км

Требуемое разрешение 0.14 “

Мелкие магнитные трубки в структуре грануляции

Нагрев короны микровспышками

Slide 16

•Природа вспышки.Накопление и выделение энергии.Прогноз активности.

Slide 17

Спутник SOHO

He II 304 A Вспышечная активность в рентгене.

Slide 18 Fig. 10-15, p. 208

Корональные петли в активной области

Slide 19 p. 200

Вертикальная структура активных областей

Slide 20

Фотосфера- видимая поверхность с температурой около 5,800ºK. Солнечные пятна образованы магнитными полями на фотосфере. Температура их на 2000К холоднее и поэтому меньше излучают света. Тень и полутень. Внутренняя часть пятна окруженная менее темной областью.Хромосфера – самый низкий слой солнечной атмосферы. Ее температура около 10000 К. Солнечные вспышки. Взрывы на солнечной поверхности. Протуберанцы. Огромные массы горячей плазмы поддерживаемые магнитным полем.Корона. Внешняя атмосфера с высокой температурой свыше миллиона К с малой плотностью. Хорошо наблюдается во время затмений.Количество солнечных пятен изменяется с ходом цикла солнечной активности. Каждые 11 лет магнитная полярность Солнца меняется, так что реальный цикл составляет 22 года.

Slide 21

Циклы солнечной активности и проблема динамо

• В оптическом диапазоне индикатором солнечной активности является усредненное (за день, или за месяц, или за год), число пятен (или их общая площадь). Во второй половине XVII века на Земле наблюдалось общее похолодание.

Slide 22

How does it work? Solar Wind and Magnetic Substorms

Излучение солнечного ветра

Slide 23

Модель(Паркера) спирального

межпланетного магнитного поля

rot(E) = rot(VXB) = 0

Slide 24

Исскуственное затмениена борту спутника SOHO

коронограф LASCO

Видны корональные

выбросы масс,

солнечный ветер

Slide 25

Корональный выброс плазменных масс на Землю

Slide 26

Полярные сияния

Slide 27

• Солнечное затмение 29 марта 2006г. на территории России начнется в 14 часов 59 минут по московскому времени на Черноморском побережье. Лунная тень практически одновременно покроет города Новороссийск, Геленджик, Туапсе, Сочи. Далее лунная тень начнет движение по Северному Кавказу (со скоростью порядка 1 км/с), пройдя через Каспий, пересечет территорию Казахстана, и пройдет юг Западной Сибири. Двигаясь дальше на восток, в 16 часов 30 минут по московскому времени тень Луны начнет покидать Землю в Центральной Сибири. Но частное затмение будет продолжаться еще более часа.

К обстоятельствам солнечного затмения 29 марта 2006г.

Slide 28

Обстоятельства затменияMARCH 29, 2006

Slide 29

Полное затмение Солнца

Яркость Солнца ослаблена в миллион раз

Slide 30

Кольцевое солнечное затмение

Slide 31

84 параболических антенн с диаметром 80 cm с общей протяженностью 490 m в направлении восток-запад и 220 m на

север-юг.

Солнечные радио обсерватории по всему миру

Радиогелиограф Нобеяма

Slide 32

• Солнечное затмение 29 марта 2006г. на территории России начнется в 14 часов 59 минут по московскому времени на Черноморском побережье. Лунная тень практически одновременно покроет города Новороссийск, Геленджик, Туапсе, Сочи. Далее лунная тень начнет движение по Северному Кавказу (со скоростью порядка 1 км/с), пройдя через Каспий, пересечет территорию Казахстана, и пройдет юг Западной Сибири. Двигаясь дальше на восток, в 16 часов 30 минут по московскому времени тень Луны начнет покидать Землю в Центральной Сибири. Но частное затмение будет продолжаться еще более часа.

К обстоятельствам солнечного затмения 29 марта 2006г.

Slide 33

Обстоятельства затменияMARCH 29, 2006

Slide 34

Полное затмение Солнца

Яркость Солнца ослаблена в миллион раз

Slide 35

Кольцевое солнечное затмение

Slide 36

Ход затмения Солнца

Slide 37

Тонкая структура короны. Протуберанцы.

Максимальная длительность~7.5 минут

Slide 38

Diamond Ring Effect

Касательное затмение. Наблюдение на краю зоны полной фазы.Аналогичная картина ожидается при наблюдении затмения 29 марта 2006г. в районе горы Пастухова.

Slide 39

Затменный Бисер, образованный лунными хребтами

Slide 40

Прохождение лунной тени по поверхности Земли

Slide 41

Корона

Форма короны отражает структуру магнитных полей

Slide 42

Slide 43

Вид кольцевого затмения из зоны полутени.

Slide 44

Орбиты Земли и Луны слегка эллиптичны

Солнце

Earth

Moon

(Эсцентриситеты преувеличены для наглядности)

Перигелий = положение ближайшее к Солнцу

Апогей = положение с наибольшим удалением от

Солнца

Перигелий= положение

ближайшее к Земле

Апогей = положение с наибольшим

удалением от Земли

Slide 45

Вид кольцевого затмения.

Slide 46

Óçëû

Экли

птик

а

1. Угол наклона орбиты Луны к плоскости эклиптики равен 5°

2. Луна пересекает плоскость эклиптики в двух точках (узлах), в которых возможны затмения.

О прецессии орбиты Луны относительно плоскости эклиптики

Slide 47

1. Полные затмения возможны только в точках пересечения траекторий эклиптики и Луны

О частоте происхождения затменийВлияние наклона орбиты Луны

Slide 48

1. Затмения происходит только при новолуниях2. Частные затмения в точках 3 и 5, а также в 10 и 12 3. Полные затмения в точках 4 и 11

О частоте происхождения затмений

Slide 49

Как часто происходят затмения Солнца?

Комбинация различных движений Луны1. 29 ½ дневное орбитальное вращение Луны вокруг Земли,2. 5º,2 наклон орбиты Луны к плоскости эклиптики3. Прецессия лунной орбиты относительно эклиптики,

Затмения повторяются сериями в течение 18 лет и 11-1/3 дня цикл Сароса (42-43 затмения из них 14 полных)

Но эти серии происходят в различных положениях на Земле для различных циклов Сароса

Ежегодно на Земле происходят два полных затмения и 4 частных.

Однако, в данном месте Земли полное затмение может происходить раз в 300 лет.

Slide 50

• В оптике. Основные научные задачи связаны с изучением короны в полной фазе затмения.

• Полное затмение ослабляет светимость диска Солнца в миллион раз, и это позволяет исследовать морфологию магнитных полей и плотности плазмы на больших расстояниях от лимба Солнца

• В радиодиапазоне. Радиоастрономические задачи, в основном, связаны с картографированием активных областей с высоким пространственным разрешением, которое обеспечивает резкий край Луны. Предел разрешения определяется обычно нестабильностями, создаваемыми атмосферными флуктуациями и инструментальными шумами радиоприемного комплекса, который часто состоит из небольшой параболлической антенны и радиометрического приемника на определенную частоту . При удачных наблюдениях становится возможным приблизиться к пределу разрешения, накладываемым дифракцией радиоволн на лимбе Луны, который достигает 1-3 угловых секунд.

Солнечное затмение. Научные задачи.

Slide 51

Научные задачи

• В частности, на радиотелескопе РАТАН-600 будут поставлены следующие цели.

• 1 Исследование рассеяния корональной плазмы с высотой, по изучению слабого коронального излучения вплоть до мест образования солнечного ветра. Эти исследования будут проведены в широком спектральном диапазоне радиоволн. Здесь весьма важно использование большой поверхности радиотелескопа РАТАН-600 в многоазимутальных наблюдениях.. Следует отметить, что область невозмущенной короны на расстояниях от 1000км до нескольких десятков миллионов км малоизучена. Получение новых данных в этой области позволит уточниить модель солнечной атмосферы и лучше понять природу высокой температуры спокойной короны, которая достигает миллиона градусов.

• 2. Изучение корональной структуры солнечной атмосферы над Северным полюсом Солнца. Природа полярной корональной дыры.

• 3. Дополнительно будет также получена информация о характере радиоизлучения полярных факелов. Это совершенно новая задача определяется интересом, вызванным работами пулковского ученого В.И.Макарова, доказывающего наличие связи пространственного распределения полярных факелов с ходом следующего максимума солнечной активности, который наступит примерно через пять лет.

• Таким образом, мы надеемся, что радиоастрономические наблюдения РАТАН-600, полученные в ходе затмения Солнца 29 марта 2006г., дадут новые сведения о физической природе структур полярных образований на Северном полюсе Солнца

Slide 52

SOHO EIT Fe XV 28.4 nm

2 MK 1996

Полярные корональные дыры

Slide 53

Yohkoh SXT3-5 Million K

X-ray corona

Корональная дыра на северном полюсе Солнца

Slide 54

Сканы Солнца в микроволновом диапазоне 27 марта 2006г.

Slide 55

Радиокарта ССРТ на волне 5.2см в Иркутске для 27 марта 2006г

Slide 56

Радиокарта на волне 1.7см Радиогелиографа в Нобеяма для 27

марта 2006г

Slide 57

• Астрономические инструменты для изучения Солнца

Slide 58

VLA состоит из 27-ми 25-метровых антенн, расположенных в виде буквы Y на территории в 35 км в поперечнике. Приемники на диапазон 90-0.7

см

Very Large Array, США

Slide 59

128 x 2 параболических антенн диаметром 2.5 метров, расстояние между которыми 4.9, протяженность по 622.3 м

Сибирский Солнечный Радио Телескоп, Иркутск

Slide 60

2 чаши по 27 м и 5 по 2 м

Owens Valley Radio Observatory (OVRO)

Slide 61

- высокая чувствительность по потоку (0.001 с.е.п.),

- широкое перекрытие спектра (от 1 см до 30 см)

- детальный анализ спектра (5 % )- высокая точность измерения степени

поляризации (<0.03%)

Южный сектор с Перископическим отражателем + Панорамный Анализатор

Спектра (ПАС)

РАТАН-600, САО РАН, Н.Архыз

Slide 62

Пик дю Миди, Франция

Солнечные обсерватории по всему миру

Расположена на высоте 2877 м во Французских Пиренеях, вблизи северной оконечности горной цепи. Первое незатменное наблюдение

солнечной короны

Slide 63

Активность человека в космосе

Slide 64

Межпланетные космические зонды

С 1973 спутники Скайлаб и Гелиос положили начало новой эры солнечных и

гелиосферных исследований

Slide 65

• The Solar and Heliospheric Observatory (SOHO) – солнечная и гелиосферная обсерватория – совместный космический проект ESA(Европейского космического агенства) и NASA.

• Наблюдения Солнца с 1996.• Большинство данных доступно в Интернете в режиме реального

времени!

Главные научные задачи:

• Внутренние слои Солнца: какова структура и динамика?

• Корона: почему она существует и как она разогревается ?

• Солнечный ветер: где он ускоряется и как?

Космическая солнечная обсерватория

SOHO

Slide 66

Справа: ход лунной тени по поверхности Земли.

Полоса полной фазы отмечена синим цветом.

Зеленой стрелкой указано примерное местоположение радиотелескопа РАТАН-

600 САО РАН и Горной Астрономической

Станции Пулковской обсерватории - на Северном Кавказе, между Черным и Каспийским

морями.

Слева вверху: моделирование затмения дляместоположения РАТАН-600. "Первый контакт" (то есть соприкосновение лунного диска с солнечным) произойдет около 10:00 UT, а в 12:25 UT затмение закончится.

Слева внизу: моделирование изменения потока

радиоизлучения в процессе затмения.Поток представлен в виде "скана", регистрируемого на РАТАН-600.

Моделирование затмения для РАТАН-600

Slide 67

Трейс (TRACE)- обсерватория для

исследования вспышек

Slide 68

УФ и рентгеновский спектр Солнца были получены с 1940-х, когда

Инструменты стали работать на ракетах и спутниках

Скайлаб с телескопом Аполлон

NRL V-2 ракета - USA - (1946) Первые наблюдения в ЕUV. NRL V-2 ракета - USA - (1949) Первые наблюдения в рентгене. Луна 1 - СССР (Январь 2, 1959) открытие солнечного ветра

Спутниковые наблюдения Солнца

Slide 69

(Yohkoh по японски- "луч") - космическая обсеватория для изучения рентгеноского и гамма-излучения Солнца. Запущена 31 Августа 1991 года с Кагаошима, Япония. Йоко является проектом Institute for Space and Astronautical Sciences. Спутник был построен в Японии, а в наблюдательные инструменты внесли свой вклад США и Англия. 14 декабря 2001 потеряно управлениеВ 2002 г проект завершен.

Инструменты:

1.Bragg Crystal Spectrometer (BCS)

2.Wide Band Spectrometer (WBS)

3. Soft X-Ray Telescope (SXT)

4. Hard X-Ray Telescope (HXT).

9 лет безупречной работы!

Спутник ЙокоЙоко

Slide 70

• Нынешняя цивилизация гораздо больше зависит от технологий, чем в 1989

• Наиболее быстро растущим сектором рынка коммуникаций является спутниковое• Телевидение/радио, • Удаленный телефонный

сервис, сотовые телефоны, пейджеры

• Интернет, финансовый оборотИзменения в технологиях

more sensitive payloads• Высокие эксплуатационные

качества компонентов• Облегченный вес и низкая

стоимость• Человек в космосе

• Больше и дольше пилотируемых полетовКосмическая погода станет очень важной для общества в

будущем.

Космическая погода: почему мы должны беспокоиться?

Slide 71

• Часть материалов взято из:• http://www.astro.wisc.edu/astro104/evolution_of_total_solar.htm• http://www.mreclipse.com/Special/SEprimer.html• Fred Espenak's excellent eclipse site's total eclipse page • АстроКА - Солнечное затмение 29 марта 2006 года • NASA Eclipse pages:• http://umbra.nascom.nasa.gov/eclipse/20060329/text/toc.html• http://sunearth.gsfc.nasa.gov/eclipse/SEmono/TSE2006/TSE200

6.html