«Неправильную» пыль возле Солнца рассыпал кометопад
Пыль вокруг Солнца, замеченная во время затмения в 2006 году, крутилась в «неправильную» сторону. Казахские астрономы полагают, что ее рассыпали кометы, обрушившиеся на нашу звезду «кометопадом» за несколько дней до затмения.
Если посмотреть на Солнце на закате или на рассвете, у ближайшей к нам звезды можно увидеть четкую границу. Астрономы называют ее фотосферой. Однако на самом деле плазменный шар Солнца здесь не кончается, его протяженная атмосфера простирается далеко за видимый край. И более того, именно за этим краем происходит самое интересное для физиков.
Например, каким-то не до конца понятным образом температура газа, которая плавно падает от самого центра солнечной ядерной печки, в этих невидимых простым глазом слоях Солнца начинает расти. Если в центре звезды она составляет около 15 миллионов градусов, на фотосфере -- чуть меньше 6 тысяч, а в расположенной чуть выше хромосфере опускается еще на полторы-две тысячи градусов, то дальше идет рост, и во внешних слоях Солнца, которые носят название солнечной короны, вновь измеряется миллионами градусов.
Редкое зрелище
К счастью для планеты Земля, которая, по сути, тоже живет в самых внешних слоях солнечной атмосферы, плотность горячего газа здесь ничтожна, а такое разреженное вещество испепелить нас не в силах. Однако низкая плотность подразумевает и очень слабое свечение, а оттого изучать эти, самые интересные, процессы тяжело. Яркость внешних областей солнечной короны в тысячи раз ниже яркости голубого неба, и увидеть слабое свечение практически невозможно. Ночью же наблюдать Солнце, по понятным причинам, затруднительно.
Но выход из этих затруднений есть. Например, последние полвека ученые следят за солнечной короной из космоса. А до начала космической эры была другая возможность -- затмения, во время которых Луна закрывает солнечный диск, а небо становится пусть и не черным, но существенно менее ярким. К сожалению, случаются солнечные затмения редко, не больше нескольких раз в год, и покрывают Землю лишь узкими полосками, за которыми астрономы из года в год гоняются по планете.
Одно такое затмение случилось в наших краях совсем недавно, 1 августа 2008 года. Лунная тень пробежала по Сибири наискосок от Таймыра до Горного Алтая и ушла в Китай. А двумя годами раньше, 29 марта 2006 года, такое же затмение можно было увидеть в Абхазии, на Кавказе и в Астраханской области. Добралось оно в тот день и до севера Казахстана, где лунную тень встречали, среди прочих, ученые из алма-атинского Астрофизического института имени Фесенкова под руководством Любови Шестаковой. Результаты долгой и сложной обработки этих наблюдений ученые подготовили для публикации в британском Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Корона имени Фраунгофера
Шестакова и ее коллеги заинтересовались не просто солнечной короной, а ее самыми-самыми внешними областями, так называемой F-короной Солнца, которая тянется от звезды за десяток ее радиусов. Она отличается от обычной солнечной короны -- это не горячий газ, который светится самостоятельно в нескольких ярких линиях, а пыль, которая рассеивает свет звезды. Выяснилось это в середине прошлого века, когда ученые разглядели в этом свечении ровно те же спектральные следы, что и в спектре Солнца, так называемые фраунгоферовы линии, которые и дали F-короне ее современное название.
Выяснить, как она движется, было и вовсе нелегко. В принципе для этого достаточно измерить смещение линий в спектре рассеянного ей света за счет эффекта Доплера; после этого можно восстановить скорость и орбиты пылинок. Но получить спектры всех маленьких кусочков F-короны и измерить смещение линий в них невозможно: за то время, пока от каждого из них накопится достаточное количество света для получения спектра, затмение давно закончится.
Разложили по колечкам
В начале 1980-х годов группа отечественных астрономов под руководством Петра Владимировича Щеглова из Государственного астрономического института имени Штернберга при МГУ придумала, как действовать.
Ученые воспользовались так называемым интерферометром Фабри-Перо. Это пара оптических пластинок, многократные отражения лучей между которыми заставляют световые волны определенной длины взаимно усиливать друг друга – притом что волны всех других длин друг друга гасят. Меняя расстояние между пластинками, такой прибор можно настраивать на лучи той или иной длины. Если выбрать одну из сильных фраунгоферовых линий (все остальные можно погасить обычным цветным фильтром), поведение видимых за интерферометром светлых и темных колечек напрямую покажет, какова скорость того или иного участка F-короны Солнца. Обработка этих данных, конечно, не так проста, но зато корону видно всю и сразу.
31 июля 1981 года, во время солнечного затмения, тень которого пробежала по тогда еще Советскому Союзу от Черного моря до Сахалина, Щеглов и его коллеги испытали свой метод в действии и смогли выяснить, как движется околосолнечная пыль. Выяснилось, что большая ее часть и вправду крутится так же, как пыль, ответственная за зодиакальный свет.
Однако меньшая, но вполне заметная ее часть показала совсем другое движение: значительная доля пылинок двигалась едва ли не перпендикулярно плоскости движения зодиакальных пылинок. Так в Солнечной системе движутся почти исключительно кометы. Участница тех наблюдений Любовь Шестакова сделала вывод, что часть пыли в F-короне осыпалась именно с этих межпланетных странниц. Впрочем, сравнительно небольшая часть.
Кометы пересыпали корону
Во время солнечного затмения в марте 2006 года Шестакова, по сути, повторила те же наблюдения, уже с гораздо более совершенным оборудованием, подобного которому четвертью века раньше не было. Наблюдать затмение казахские астрономы отправились на станцию Мугалжар в Актюбинской области на самом севере страны, которая находилась почти точно посредине полосы полного затмения. В течение нескольких дней, в ходе настройки аппаратуры и подготовки к наблюдениям, астрономы тосковали под дождливым небом, но как раз в день затмения, 29 марта, облака исчезли, ветер стих, и наблюдения вышли очень качественными.
Обработка этих данных преподнесла очень большой сюрприз. Как выяснилось, в марте 2006 года вещество в окружающей Солнце F-короне крутилось совсем не так, как зодиакальная пыль. Сигнал от последней в данных присутствует, но очень слабый. Большая же часть пыли двигалась почти перпендикулярно плоскости планетных орбит, да еще и в сторону, обратную движению большинства тел Солнечной системы. Рассыпанная кометами пыль оказалась основной компонентой солнечной F-короны -- неожиданно для авторов работы и многих их коллег.
Как осторожно предполагают астрономы, такое количество неправильно вращающейся пыли может быть связано с необычным «кометопадом», обрушившимся на Солнце незадолго до затмения (подобные «кометопады» то и дело случаются -- последний зафиксирован буквально неделю назад). В течение нескольких дней в конце марта 2006 года космический аппарат SOHO зарегистрировал падение сразу четырех крупных комет семейства Крейтца, одна из которых разрушилась буквально за день до затмения. У трех из четырех комет орбиты очень похожие, так что они наверняка являются тремя крупнейшими обломками какого-то крупного тела, существовавшего на той же орбите раньше. Наверняка помимо этой тройки была и уйма осколков помельче, которые SOHO разглядеть не смог, но которые также рассыпали пыль, ставшую частью F-короны Солнца в марте 2006 года.
Правда, наклон этих трех орбит на 40 градусов отличается от преимущественного направления движения пыли, выявленного Любовью Шестаковой и ее коллегами при обработке наблюдений. Возможно, дело в давлении солнечного света, который оказывает очень заметное влияние на движение маленьких пылинок (но не больших комет, из которых они вывалились). Наверняка играет свою роль и магнитное поле: яркое излучение Солнца может отрывать от пылинок электроны и тем наделять их электрическим зарядом. Окончательное объяснение неожиданных результатов еще впереди, в следующей работе, обещают казахские ученые.