Когда мы говорим о «поверхности» планеты, всё кажется простым: это место, где заканчивается воздух и начинается что-то твёрдое. Камень, лёд, песок — неважно. Есть граница, на которую можно мысленно встать.
С Солнцем такой фокус не проходит. У него нет твёрдой поверхности вообще. Там нет точки, где можно сказать: вот здесь «земля», а дальше — «воздух». И всё же мы видим чёткий солнечный диск. У Солнца есть форма, край и даже «поверхность» — только в совсем другом смысле.
Атмосфера без поверхности
В привычном бытовом смысле атмосфера — это газы, похожие на земные. Кислород, азот, давление, облака. С этой точки зрения кажется, что у Солнца атмосферы быть не может: температуры чудовищные, вещество ведёт себя странно, всё светится и кипит.
Но в физике атмосфера — это просто внешние слои вещества, удерживаемые гравитацией тела. Не важно, газ это, плазма или нечто экзотическое. По этому определению у Солнца атмосфера есть — и именно она определяет всё, что мы видим.
Солнечная атмосфера состоит в основном из плазмы и делится на несколько слоёв:
- фотосфера — нижний слой, который мы и принимаем за «поверхность»;
- хромосфера — более разреженный и горячий слой над ней;
- корона — внешняя, крайне горячая оболочка, переходящая в солнечный ветер.
Почему мы видим именно фотосферу
Секрет в прозрачности вещества для света.
Глубже фотосферы плазма настолько плотная, что фотоны не могут свободно двигаться. Они постоянно сталкиваются с частицами, меняют направление, теряют энергию. Свет там как бы «застревает».
Выше фотосферы вещество, наоборот, слишком разрежено и почти не светится в видимом диапазоне.
Фотосфера — это тончайшая зона, где Солнце впервые становится прозрачным для собственного излучения. Последняя точка, откуда свет может вырваться напрямую в космос. Именно она и рисует нам ровный, чёткий солнечный диск.
Так что мы видим Солнце не потому, что у него есть поверхность, а потому, что у света есть граница выхода.
Кипящий шар без границы
На самом деле Солнце — это не аккуратный шар, а непрерывно меняющаяся система. В фотосфере постоянно бурлит конвекция, возникают гранулы, магнитные петли и вспышки. В хромосфере и короне происходят процессы, которые до сих пор до конца не объяснены — например, нагрев короны до миллионов градусов.
Часть вещества всё время уносится солнечным ветром, часть возвращается из глубин. Разные слои движутся с разными скоростями и имеют разные температуры. Никакой чёткой «стенки» между Солнцем и космосом не существует.
Где заканчивается Солнце на самом деле
Интересную подсказку дала миссия Parker Solar Probe. Зонд подошёл к Солнцу ближе, чем любой аппарат раньше, и пересёк так называемую поверхность Альфвена — область, где солнечный ветер начинает двигаться быстрее магнитных возмущений.
Эта граница считается внешним краем солнечной атмосферы и местом, где Солнце по-настоящему «переходит» в межпланетное пространство. Изучение этой зоны сильно изменило представления о строении звезды и её взаимодействии с космосом.
Что в итоге
Форма Солнца в глобальном смысле задаётся гравитацией — поэтому оно почти идеальный шар.
А вот наблюдаемая форма, край солнечного диска и само ощущение «поверхности» определяются фотосферой — нижним слоем его атмосферы.
Мы видим Солнце таким, каким его рисует атмосфера.
И это делает его куда более странным и интересным объектом, чем просто «огненный шар на небе».