МОДЕЛЬ СОЛНЕЧНОЙ АТМОСФЕРЫ

В центре солнечного диска наибольшее значение имеет излучение, исходящее из слоя с оптической глубиной, равной приблизительно . Именно этот слой имеет температуру, равную эффективной температуре Солнца , определенной из наблюдений его общего излучения (КПА 395). Теория связывает температуру Т с оптической глубиной формулой

справедливой для случая, когда коэффициент поглощения не зависит от частоты (гипотеза «серой материи»). Из последней формулы определяется значение (поверхностной температуры при ), равное , а точнее,

Совсем другое дело — зависимость температуры от геометрической глубины. Как было сказано выше, последняя определяется коэффициентом поглощения, который в солнечной атмосфере весьма велик, и потому оптическая глубина очень быстро нарастает с геометрической глубиной, и вся фотосфера оказывается довольно тонкой, так как из глубин, сравнительно незначительных, до нас доходит уже мало излучения. Этим же объясняется и то, что Солнце обладает резким краем. Действительно, как видно из рис. 9, длина отрезка прямой А А, направленной от Солнца к Земле, в пределах фотосферного слоя Ф несравненно меньше, чем длина аналогичного отрезка прямой ВВ, проходящей чуть ближе к центру Солнца, чем прямая и, кроме того, луч В В проходит в несравненно более плотных слоях фотосферы, чем луч А А. Это происходит потому, что ускорение силы тяжести на Солнце весьма велико и, следовательно, возрастание плотности атмосферы с глубиной идет очень быстро [см. формулу (4.4)]. В итоге оптическая длина пути в атмосфере Солнца у луча ВВ во много раз больше, чем оптическая длина пути у луча т. е. вдоль ВВ Солнце излучает как абсолютно черное тело высокой температуры, а вдоль АА — как разреженный горячий газ. Если, например, во втором случае она меньше единицы, то в первом она много больше и, как показывает теория, радикальное изменение оптической толщины краевых слоев Солнца происходит на протяжении всего лишь 100—150 км, что на расстоянии в одну астрономическую единицу видно под углом угловой секунды — угловая величина значительно меньшая, чем разрешающая сила телескопов, искаженная турбулентностью земной атмосферы (КПА 27—29). Понятно, что размытость солнечного края совершенно неразличима для земного наблюдателя.

Приведем в заключение в качестве примера одну из моделей фотосферы (таблица 2). Геометрическая глубина h отсчитывается от произвольно взятого уровня, где 0,0125.

Вспоминая, что 1 атмосфера = 1 013 246 дин/см2, убеждаемся, что газовое давление Р в солнечной фотосфере в общем весьма невелико, как невелика и протяженность самой фотосферы; последнее объясняется упоминавшейся уже чрезвычайно высокой непрозрачностью солнечного вещества. Очень быстро возрастает с глубиной электронное давление (см. ниже).

При касательном прохождении лучей оптический путь , если оптическая глубина точки касания равна 0,003, и , если . В этом последнем случае излучение будет вполне соответствовать излучению абсолютно черного тела с

Рис. 9. К геометрии излучения от края солнечного диска

Основным источником непрозрачности в атмосфере Солнца является отрицательный водородный ион . Оказывается, что протон может присоединить к себе не один, а два электрона. Такая комбинация в условиях солнечной фотосферы (при ее температуре и плотности электронов в ней) достаточно устойчива. Энергия связи между атомом водорода и электроном равна . Это значит, что всякий фотон с энергией — постоянная Планка), большей, чем эта, способен отнять электрон и восстановить атом водорода в его нормальном состоянии.

Таблица 2. Модель солнечной фотосферы

Для этого нужно, чтобы частота v фотона была больше или длина волны

Последнему условию удовлетворяет ближнее инфракрасное излучение, видимое, ультрафиолетовое и т. д. Таким образом, каждый фотон ближнего инфракрасного или видимого участка света, проходящий через солнечную атмосферу, имеет много шансов быть поглощенным встретившимся отрицательным водородным ионом . В ультрафиолетовой области эти шансы снижаются, но там появляются другие источники поглощения — металлы и водородные атомы.