Глава 7. СЛУЖБА СОЛНЦА

1. Международная и советская службы Солнца

Ранее мы уже говорили о том, что понимание природы солнечной активности зависит прежде всего от накопления как можно более полного однородного материала о всех изменениях, которые происходят в атмосфере Солнца. Решение этой задачи не под силу одной обсерватории даже в отношении таких медленно меняющихся образований, как группы солнечных пятен или факельные площадки. Действительно, ведь при самом удачном (в смысле климатических условий) расположении обсерватории нельзя ожидать, что каждый день над ней будет безоблачное небо. А если говорить о кратковременных явлениях, например, о солнечных вспышках, то при ясной погоде никаким чудом нельзя в одном месте наблюдать Солнце 24 часа в сутки. Значит, нужно объединение усилий многих обсерваторий, а для некоторых задач - даже обсерваторий многих стран.

Но не всякие наблюдения пригодны для получения однородных данных. Для этой цели необходимо наблюдать на одинаковых или хотя бы однотипных инструментах, применять при этом одинаковые методы наблюдений и обработки полученного материала. Именно такие цели и преследует организация службы Солнца. Она призвана обеспечить регулярные наблюдения всех слоев солнечной атмосферы по стандартным программам.

Первоначально наблюдения по программам службы Солнца носили довольно примитивный и ограниченный характер. Первая такая служба была организована более ста лет назад в Цюрихе Р. Вольфом для определения относительных чисел солнечных пятен. Как мы уже видели, она принесла большую пользу в изучении солнечных циклов. За последние сорок лет цюрихская служба Солнца прославилась также своими определениями классов групп пятен. Затем эта служба охватила десятки обсерваторий Европы, Азии и Америки. С 1981 г. Цюрихская обсерватория прекратила свою работу как участница и глава международной службы определения чисел Вольфа и передала свои функции Королевской обсерватории Бельгии (Брюссель), которая в течение многих лет участвовала в этой программе и обладает однотипными с ней инструментами.

Не менее известна гринвичская служба Солнца. Она впервые организовала фотографические наблюдения солнечной фотосферы. Усилиями обсерваторий в Гринвиче (Англия), Кодайканале (Индия) и Кейптауне (Южная Африка) были получены первоклассные определения площадей пятен, которые охватывают почти столетний период. С 1977 г. Гринвичская обсерватория прекратила эту работу. Восприемницей ее стала Дебреценская гелиофизическая обсерватория (Венгрия).

К числу долго действующих служб Солнца можно отнести Медонскую (Франция) и Маунт Вилсоновскую (США). Первая из них прославилась своими картами хромосферы, каталогами активных областей и водородных волокон; она возглавляла международную службу солнечных вспышек. На второй впервые были организованы измерения магнитных полей солнечных пятен.

Советская служба Солнца сравнительно молода. Она была организована в 1932 г. Комиссией по исследованию Солнца Астрономического совета АН СССР и первоначально ограничивались наблюдениями солнечной фотосферы. В послевоенные годы круг ее наблюдений значительно расширился и охватывает ныне все слои атмосферы Солнца.

В течение длительного времени существовал значительный разрыв между наблюдениями службы Солнца и эпизодическиими наблюдениями Солнца высокой точности. Первые проводились с помощью довольно примитивных средств, главным образом астрономами-любителями или, в лучшем случае, профессионалами средней квалификации. Вторые выполнялись на новейших астрономических инструментах, причем делали это наиболее квалифицированные астрономы. Только после того, как все убедились в необходимости регулярных наблюдений явлений солнечной активности, эта резкая граница стала постепенно стираться.

Нынешняя служба Солнца широко использует все новейшие достижения астрономического приборостроения. Фотография, кино и радиотехника заняли прочное место среди ее средств наблюдения. Производятся, хотя и эпизодически, наблюдения с космических аппаратов. И только в некоторых случаях, исключительно ради сохранения системы, продолжают пользоваться глазомерными оценками.

Мы не станем здесь описывать все инструменты и приборы, которые используются в настоящее время в службе Солнца, тем более, что о них рассказывается во многих популярных изданиях, в частности, в популярной книге известного советского астрофизика А. Б. Северного «Физика Солнца». Но для общего представления необходимо хотя бы перечислить их и дать самое общее представление о принципах их работы. Естественно, что при этом мы будем ориентироваться на соответствующее оборудование советской службы Солнца.

Наиболее широко используется нашими солнечными обсерваториями фотосферно-хромосферный телескоп (рис. 19). Как видно уже из самого названия этого инструмента, он позволяет проводить наблюдения фотосферы и хромосферы Солнца. Для этого в нем имеется две трубы. Первая из них используется для фотографирования в обычном белом свете изображения Солнца, т. е. его фотосферы. Вторая содержит специальный фильтр, который дает возможность получать на фотопленке снимки хромосферы в свете красной водородной линии На. Кроме фотоаппарата, на эту трубу можно насадить специальную киноприставку для регистрации солнечных вспышек.

Рис. 19. Фотосферно-хромосферный телескоп, установленный на Горной астрономической станции ГАО АН СССР.

К сожалению, пока нет специальных фильтров для фиолетовой линии ионизованного кальция. Поэтому для фотографирования хромосферы Солнца в лучах этой линии вместо фотосферно-хромосферного телескопа используют другой инструмент - спектрогелиограф. В отличие от обычного спектрографа, в нем имеется также вторая щель, «вырезающая» ту линию спектра Солнца, в которой собираются фотографировать наше дневное светило. С помощью специального устройства солнечный диск «протягивается» по этой щели, и на пластинке получается изображение Солнца, например, в свете фиолетовой линии ионизованного кальция. К сожалению, очень трудно обеспечить идеально равномерное «протягивание» диска Солнца по щели, и поэтому изображение Солнца получается «полосатым», что затрудняет выделение кальциевых флоккулов, особенно малой яркости.

Особое устройство требуется для измерения магнитных полей солнечных пятен. Для этой цели используются специальные насадки к спектрографам горизонтальных или башенных солнечных телескопов. С помощью различных приспособлений в них производится расщепление спектральной линии железа, подверженной влиянию магнитного поля, на две составляющие. По расстоянию между этими составляющими и судят о величине напряженности магнитного поля пятна, а по их относительным интенсивностям - о его знаке. Измерения эти производятся в основном визуально, т. е, на глаз, но иногда и фотографически.

Для наиболее сложных наблюдений солнечной короны используются внезатменные коронографы системы французского астронома Б. Лио (рис. 20). Внутри этого инструмента с помощью специальной системы создается искусственное затмение Солнца, что позволяет получать снимки корональных линий или корональных структур в свете этих линий. В первом случае нужен обычный спектрограф, а во втором - специальный фильтр для корональной (обычно зеленой) линии. Детальное описание этого замечательного инструмента можно найти в брошюре М. Н. Гневышева «Кисловодская горная астрономическая станция».

Рис. 20. Внезатменный коронограф системы Б. Лио, установленный на Горной астрономическрй станции ГАО АН СССР.

Наконец, для наблюдений радиоизлучения Солнца используются в основном малые радиотелескопы с тарелкообразными антеннами диаметром 2 - 3 м и приемными устройствами для различных длин волн. Для выделения локальных источников радиоизлучения в сантиметровом диапазоне длин волн применяют Большой пулковский радиотелескоп, антенну переменного профиля с максимальной длиной дуги 130 м (рис. 21). В последниее время стали входить в практику специальные радиоспектрографы, пока для метровых длин волн, которые позволяют изучать спектры всплесков радиоизлучения Солнца.

Рис. 21. Большой пулковский радиотелескоп.

Перечисленные здесь инструменты и приборы позволяют получить достаточно полные с точки зрения службы Солнца сведения о всех явлениях солнечной активности как в оптическом, так и в радиодиапазоне. Эти данные имеют двоякий характер, С одной стороны, это различные индексы солнечной активности, о которых мы уже говорили ранее. С другой стороны,- это пространственная характеристика и показатели мощности отдельных активных образований, Первые нужны прежде всего для изучения особенностей солнечной цикличности и, следовательно, для прогнозов активности Солнца. Вторые требуются для оперативного использования геофизикам, радиофизикам и биологам. В особенности их интересуют данные о солнечных вспышках во всех их проявлениях. Наконец, в последние десятилетия выяснилось, что материалы службы Солнца могут широко использоваться для исследования самых разных вопросов физики Солнца, в особенности, когда речь идет о динамике, т. е. развитии того или иного процесса.

В работе советской службы Солнца в настоящее время участвует 16 обсерваторий. Наиболее широкие наблюдения ведут Горная астрономическая станция Главной астрономической обсерватории АН СССР (вблизи Кисловодска), Крымская астрофизическая обсерватория АН СССР и Астрономический институт АН Узбекской ССР (в Ташкенте) Горная станция возглавляет работу по регулярным наблюдениям солнечных пятен, факельных площадок, протуберанцев и короны Солнца. Крымская обсерватория руководит наблюдениями магнитных полей пятен и солнечных вспышек. Астрономический институт АН Узбекской ССР является главной станцией по наблюдению волокон итак называемых быстрых процессов, т. е. бурных изменений протуберанцев и волокон.

Хотя Горная станция - самая молодая из этих трех обсерваторий, она по праву славится точностью и скрупулезностью своих наблюдений. В частности, ее корональные наблюдения признаны самыми точными в мире. Поэтому не удивительно, что в настоящее время Горная станция возглавляет международную службу солнечной короны. Она славится также исключительно большим числом дней наблюдений за год, что связано как с благоприятными условиями погоды, так и с большими усилиями ее сотрудников. На Горной станции наблюдают пятна и фотосферные факелы, флоккулы, протуберанцы н волокна, измеряют магнитные поля пятен и радиоизлучение Солнца на сантиметровых волнах.

Крымская обсерватория еще в 50-е годы выдвинулась своими исследованиями физики Солнца. Сначала это были почти исключительно работы, базирующиеся на отдельных наблюдениях очень высокой точности. Однако уже через несколько лет крымские астрономы возглавили службу магнитных полей солнечных пятен в СССР. В настоящее время в Крыму измеряют магнитные поля пятен и радиоизлучение Солнца на сантиметровых длинах волн.

Астрономический институт АН Узбекской ССР (ранее Ташкентская астрономическая обсерватория) является, пожалуй, старейшей станцией советской службы Солнца. Еще в 30-е годы в Ташкенте велись регулярные наблюдения не только пятен, но и солнечных вспышек, и уже тогда Ташкентская обсерватория участвовала в международной службе Солнца. Только Симеизская обсерватория, в те годы являвшаяся отделением Пулковской, может тоже претендовать на то, что она стояла у истоков советской службы Солнца. Но это скорее история. А в Ташкенте после получения новых солнечных инструментов, кроме тех активных образований, о которых мы уже говорили, сейчас наблюдают также водородные волокна и быстрые процессы.

Если еще в начале 50-х годов преобладающая часть станций службы Солнца СССР располагалась в европейской части нашей страны, то теперь они раскинулись от Львова до Уссурийска. Примерно треть этих обсерваторий находится в Средней Азии, на Урале, в Сибири и на Дальнем Востоке.

Ныне с нами успешно кооперируют свою работу обсерватории многих социалистических стран: Венгрии, Германской Демократической Республики, Кубы, Монголии, Польши, Румынии, Чехословакии. Это значительно расширяет возможности наблюдений солнечных вспышек и всплесков радиоизлучения в более поздние часы суток, а также позволяет значительно увеличить число дней с наблюдениями короны и измерениями магнитных полей пятен.

Все материалы, получаемые службой Солнца СССР, срочно направляются заинтересованным организациям. А сообщения о сильных солнечных вспышках передаются даже телеграфом или телетайпом в центр этих данных в Москве. Кроме того, предварительные материалы наблюдений службы Солнца ежемесячно публикуются в бюллетене «Солнечные данные» в виде карт и таблиц. Несколько позже сводные данные многих обсерваторий, приведенные в одну систему, печатаются в пулковских «Каталогах солнечной деятельности».

Уже на примере советской службы Солнца можно убедиться в том, что она требует больших усилий от всех ее участников. Но эти усилия вполне оправданы, поскольку они дают неоценимый материал, без которого даже самые совершенные одиночные или кратковременные наблюдения не могут быть понятны в достаточной степени. А если говорить о конечной цели - создании единой теории солнечной активности,- то это еще более очевидно.

Нынешняя служба Солнца, как советская, так и международная, использует в основном наземные наблюдения. Поэтому сейчас еще нет регулярной регистрации коротковолновых излучений Солнца, в частности, рентгеновского, и солнечных частиц различной энергии. Те обрывочные сведения, которые получены за двадцать с лишним лет с помощью космических ракет и различных космических аппаратов, хотя и представляют большой интерес, скорее можно назвать разведкой боем, чем настоящим наблюдением. Несомненно, придет время, когда регулярные наблюдения подобного рода станут столь же обыденными, как нынешние наземные наблюдения службы Солнца.