Многое остается неизвестным о структуре солнца, особенно, внутри. В целях обсуждения солнца его анатомия традиционно представляется в виде ядра, окруженного оболочками. Эти оболочки рассматриваются как слои излучения (или зоны), конвекции и фотосфера, которая представляет собой "поверхностный слой", который мы можем наблюдать. Фактически, газообразный фотосферический слой является чем-то неопределенным, поскольку его толщина составляет, возможно, несколько сотен километров. Он отделяет непрозрачную солнечную массу от атмосферных областей, которыми являются хромосфера и, наконец, корона.

Ядро

В крайне плотном ядре, которое содержит около 50% всей солнечной массы, но только около 1,5% всего объема, условие являются экстремальными, если не сказать хуже. Температура, предположительно, составляет, около 15 миллионов градусов Кельвина, и эти условия являются настолько экстремальными, что все атомные материалы лишаются своих электронов, образуя горячую смесь протонов, нейтронов, ядер и свободных электронов. Давление внутри солнечного ядра, возможно, в 250 миллиардов раз превышает давление атмосферы Земли. Солнце не испытывает гравитационный коллапс только благодаря этому огромному давлению извне, которое генерируется теплом, производимым в ядре. Солнце так же и не взрывается, как водородная бомба, поскольку колоссальная масса газов вокруг ядра сдерживает его взрывную силу. Как указывалось выше, плотность ядра является исключительно высокой. Ведро, наполненное материалом ядра, было бы настолько тяжелым, что вы не смогли бы поднять его. В ядре мы обнаруживаем ядреный ад, производящий энергию, которая в конечном итоге рассеивается в космосе. Солнечная энергия проявляется в форме коротковолновых -лучей, которые могут рассматриваться как маленькие пакетики энергии, называемые фотонами, которые являются компонентами электромагнитного излучения. Если бы мы смогли заглянуть в ядро, то оно оказалось бы черным, поскольку ни один из видов энергии, производимый там, не лежит в видимой части спектра (смотрите текст учебника "Электромагнитное излучение"). Из-за потерь энергии в результате столкновений, фотоны -лучей скоро сокращаются до более длинных волн и менее энергетичных фотонов x-лучей, которые остаются за пределами видимой части электромагнитного спектра.

Зона излучения

Фотоны x-лучей, произведенные в солнечном ядре, проходят длинный и сложный путь к поверхности солнца в условиях пониженной температуры, давления и плотности. Как только фотоны выходят из ядра, они начинают стремиться наружу через зону излучения, в которой некоторые электроны захватываются ядрами гелия (Не2+), образуя ионизированные атомы гелия (Не+). Зона излучения заполнена ионизированными атомами водорода и гелия и простирается от ядра солнца на расстояние, равное 70% расстояния до поверхности. Эта смесь ионизированных горячих газов и электронов, называемая плазмой, иногда рассматривается как четвертое состояние материи. По мере движения через зону излучения фотоны сталкиваются все с менее и менее плотными материалами. На протяжении 2/3 пути плотность является примерно такой же, как и плотность воздуха на поверхности Земли, а на границе плотность, предположительно, составляет около 0,1 г/см3.

В глубине радиационной зоны фотоны сталкиваясь с частицами, спонтанно изменяют направление своего движения. Каждый фотон может пройти всего лишь несколько миллиметров перед следующим столкновением, после которого он изменит направление своего движения. Тем не менее, фотоны продолжают прокладывать себе путь к поверхности с помощью зигзагообразного движения через области с более низкой температурой и давлением. Время, которое требуется им для того, что бы завершить свое путешествие к поверхности солнца, измеряется миллионами лет, что является удивительным фактом, если учесть что фотоны продвигаются со скоростью света. Если выразить это в более персональных терминах, то солнечный свет, благодаря которому вы загорели прошлым летом, явился результатом ядерной реакции, протекавшей, возможно, миллион лет назад в глубине солнечного ядра.

Конвекционный слой

Столкновения, испытываемые фотонами, лишают их части энергии. В последствии их длины волн становятся длиннее и длиннее по мере их продвижения к зоне конвекции. В конечном итоге достигаются длины волн, соответствующие видимому свету. Наконец, фотоны входят в конвекционный слой, расположенный на расстоянии около 150 тысяч километров от поверхности солнца, где умеренные температуры достигают около одного миллиона градусов Кельвина или менее - приятный день по солнечным стандартам. Здесь ядра становятся способными удерживать электроны, и находятся нейтральные атомы. К этому времени фотонные энергии понижаются до такой точки, где газообразные атомы в конвекционной зоне поглощают энергию фотонов и задерживают ее, а не освобождаются от нее и не поглощают с повторным излучением. Эти атомы эффективно блокируют исходящий изнутри поток лучевой энергии, а энергия поглощаемая атомами, делает их очень горячими. В этой точке конвекционные потоки, подобные тем, которые мы наблюдали при нагревании жидкостей и воздуха, начинают преобладать и нести солнечную энергию к фотосфере по бурлящим рекам горячих газов.

По мере возрастания температуры газов, поглощающего энергию излучения на дне конвекционной зоны, этот газ расширяется, становясь всего лишь еще одним газом в своем окружении. Эти потоки горячего газа, имеющие меньшую плотность, продвигаются к поверхности, где они излучают свою избыточную энергию в космическое пространство. В ходе этого процесса они становятся холоднее и плотнее, в результате чего снова тонут. Таким образом, вы имеете большое число "конвейерных лент" с горячим газом, движущихся вверх, и с холодным газом, движущихся вниз.

На поверхности (фотосфера) газ является очень турбулентным, поэтому он поднимается в центре структур, называемых конвекционными ячейками (супергранулы), течет до границ ячейки, а затем тонет. Процессы, продолжающиеся на границах этих ячеек, где плазмы с обратно ориентированными магнитными полями сталкиваются, и магнитная энергия преобразуется в кинетическую энергию, возможно, являются ответственными за нагревание короны и ускорение солнечного ветра. Таким образом, конвекционная зона является ключом к солнечному ветру. Интересно отметить, что, хотя фотонам, возможно, потребовались миллионы лет для того, чтобы достигнуть зоны конвекции, энергия, которую они доставляют, поднимается через всю конвекционную зону на поверхность солнца в течение около трех месяцев. Важно понять, что вся энергия, излучаемая на поверхности солнца, доставляется туда путем конвекции.

Фотосфера

На самом верху конвекционной зоны находится фотосфера- видимая яркая поверхность солнца. Здесь, где температуры даже более умеренные, и плотности газа являются весьма малыми (по оценкам, одна миллионная плотности воды или менее), газообразные атомы больше не блокируют поток излучения. По мере остывания горячих атомов, они высвобождают свою излишнюю энергию еще раз в виде фотонов, которые беспрепятственно устремляются в космическое пространство, и в конечном итоге, поддерживают жизнь на Земле.

На гранулированной поверхности солнца, фотосфере, ранние астрономы сконцентрировали свое внимание. Это здесь мы обнаруживаем легко наблюдаемые пятна, которые сейчас называются солнечными пятнами. Солнечные пятна появляются через регулярный промежуток времени продолжительностью около 11 лет, однако существует некоторая неясность относительно движущей силы, которая управляет их появлением и исчезновением. Они изменяются по размеру и часто появляются группами, которые растягиваются на сотни миллионов квадратных километров по поверхности солнца. Они выглядят темными, поскольку являются более холодными, чем окружающая поверхность солнца. Считается, что причиной появления солнечных пятен является временное торможение конвекционных потоков сильно локализованными магнитными полями. Другими словами, если конвекционный поток не сможет донести свою нагрузку в виде тепловой энергии до поверхности, то поверхность, обслуживаемая этим потоком, будет охлаждаться, в результате чего появляется солнечное пятно. Периоды высокой активности солнечных пятен обычно совпадают с широким диапазоном других драматических солнечных событий, таких как извержение коронарной массы и вспышки, которые часто проявляют себя, выводя линии связи и, возможно, даже влияя на погоду на Земле.

Хромосфера

Нижняя атмосфера солнца, хромосфера, избежала внимательного изучения ранними астрономами, поскольку она невидима при сравнении с яркой фотосферой, расположенной под ней. Относительно небольшое количество света, излучаемое хромосферой, - эта единственное, что можно мгновенно увидеть невооруженным глазом во время полного солнечного затмения, когда Луна блокирует свет от фотосферы. В этих условиях хромосфера появляется временно в виде тонкой яркой красной полосы, которая окружает силуэт Луны. Современные астрономы имеют возможность изучать хромосферу в свое удовольствие, благодаря широкому разнообразию приборов, имеющихся в их распоряжении.

Хромосфера действительно является восхитительной и уникальной особенностью солнечного пейзажа. Именно здесь солнечные астрономы обнаружили целый ряд временных экзотических структур, включая спикулы, протуберанцы и пляжи. Спикулы представляют собой многочисленные, но недолговечные испаряющиеся потоки горячих газов, которые вздымаются высоко в хромосферу. Более впечатляющими и фотогеничными являются протуберанцы, некоторые из которых представляют собой эффектные яркие петли горячего газа, которые образуют высокие арки над вершиной хромосферы и, часто простираются внутрь короны. Некоторые из них по ширине равны Земле, в то время, как другие могут достигать половины диаметра самого солнца.

Протуберанцы часто ассоциируются с пятнами на солнце и некоторые из них - неподвижные протуберанцы - могут сохранять свою форму в течение месяцев, прежде чем исчезнуть. Другие, называемые извергаемыми протуберанцами, извергаются из хромосферы в виде газовых потоков. И наконец, в хромосфере имеются пляжи, представляющие собой яркие, похожие на облака структуры, которые можно обнаружить недалеко от солнечных пятен.

Близко родственными протуберанцам являются имеющие колоссальный запас энергии коронарные массовые выбросы, а также вспышки, которые обычно начинаются в виде петли, взрывающейся в течение нескольких часов и выбрасывающей в космическое пространство все возможные виды солнечного мусора, включая сильные взрывы x-лучей и ультрафиолетовых лучей. Эти виды излучений доходят до Земли через 8 минут и могут вызвать серьезный сбой ионизации в верхних слоях атмосферы Земли. Это, в свою очередь, может вызвать серьезные проблемы с линиями связи и системами электропитания повсюду на Земле. Примерно через 24 минуты ударяет следующая волна. Она состоит из очень высокоэнергетических протонов, которые могут быть чрезвычайно вредными для любых астронавтов, которые окажутся на ее пути. В конечном итоге, через 1 или 2 дня Земля подвергается удару магнитной волны, распространяющейся со скоростью, превышающей 600 миль/сек. В 1989 году произошло извержение одной из сильнейших из когда-либо наблюдаемых вспышек на солнце, в результате чего произошли сбои в обеспечении электроэнергией по всей провинции Квебек, Канада, а также образовалось аврорное сияние, которое было видно далеко на юге, в городе Ки-Вест, штат Флорида, США.

Мощность коронарных массовых выбросов и вспышек на солнце не может быть переоценена. Температуры вспышек могут достигать 50 миллионов градусов Кельвина, что в несколько раз горячее солнечного ядра. Если бы энергию коронарных массовых выбросов или вспышек на солнце удалось покорить, то этого было бы достаточно для обеспечения энергетических потребностей населения Земли в течение миллионов лет.
Поведение хромосферы, по-видимому, управляется доминирующей силой солнечной атмосферы, которой является магнетизм. В отличие от плотных плазм в нижних областях солнца, атмосферные плазмы являются разреженными и не могут содержать мощных магнитных полей солнца. Скорее, магнитные поля определяют поведение плазмы в атмосфере солнца, порождая странные особенности, характеризующие эту область. Например, петлевые протуберанцы наблюдаются, когда плазма захватывается магнитными полями и направляется обратно в хромосферу.

Оболочка

Самым внешним слоем солнечной атмосферы, представляющим собой, некоторым образом, самый таинственный слой из всех, является оболочка. Этот слой является таинственным потому, что, вопреки ожиданиям и законам термодинамики, температура повышается стабильно от, минимум, около, 4000 градусов Кельвина в хромосфере до более чем миллиона градусов Кельвина в короне. Это делает корону самой горячей частью солнечного региона за пределами солнечного ядра. Каким образом тепло может передаваться от более холодного тела (хромосферы) к более горячему телу (короне)? Даже сегодня имеется некоторая неясность относительно механизма передачи энергии к короне, однако, многие астрофизики считают, что это является результатом магнитных волн, которые перемещаются вдоль линий магнитных полей, возникающих от солнца.

Чрезвычайно разреженные и сверхнагретые газы короны растягиваются на миллионы миль в космосе. Те, кто наблюдал полное солнечное затмение, видел корону, как светящееся белое гало, окружающее солнечный диск, что является эффектом, возника-ющим в результате выброса свободных электронов фотосферическим светом в коронарную плазму. Оболочка синхронизи-руется с циклом солнечной активности. Изменяя форму с зубчатого кольца вокруг солнца во время пика цикла на легкие струйки и потоки, простирающиеся на миллионы миль в космосе, в конце цикла. Плазменные или световые потоки в короне являются картинами солнечного ветра, покидающего солнце. Коронарные свечения порождают плотный, низкоскоростной компонент солнечного ветра.