Профессор РАН рассказал о загадках Солнца

3 мая отмечается Всемирный день Солнца. В интервью RT заведующий Лабораторией солнечной астрономии Института космических исследований РАН, доктор физико-математических наук, профессор РАН Сергей Богачёв рассказал, как сформировалось светило, как выглядит внутренняя структура звезды и почему наука пока не может понять механизм циклов солнечной активности.

— Расскажите, почему Солнце называют звездой третьего поколения.

— В мире звёзд есть поколения, как у людей — бабушки, дедушки, прабабушки... На заре существования Вселенной родились звёзды первого поколения, которые состояли только из водорода — тогда ещё не было других элементов. В процессе сгорания они произвели другие химические элементы — углерод, кислород и так далее. Затем звёзды взорвались, их вещество разлетелось по Вселенной и смешалось с облаками водорода. Из них возникли звёзды второго поколения, они прошли тот же цикл и умерли. Солнце — звезда третьего поколения. В нашем мире есть сложная химия, разнообразие элементов за счёт того, что при своём рождении Солнце смогло поглотить остатки более ранних погибших звёзд. Благодаря этому на Земле есть жизнь. Солнце — довольно молодая звезда, ему около 4,6 млрд лет, тогда как возраст Вселенной — около 13,8 млрд лет.

«Так зажигается звезда»

— Как возникло Солнце?

— Как и другие звёзды, Солнце возникло благодаря гравитации. Считается, что это случайный процесс: в каждом газопылевом облаке есть более плотная область. Поскольку любая материя, у которой есть масса, обладает и гравитацией, к этому центру постепенно начинают притягиваться другие участки облака. Силы притяжения растут, в результате чего возникают всё более плотные скопления материи. Когда облако под действием гравитации сжимается ещё сильнее, в его центре начинается термоядерная реакция — так зажигается звезда. На сегодня научная теория формирования звёзд из газопылевых облаков считается основной.

— Напомните, пожалуйста, какая у Солнца структура.

— У него есть ядро, в котором протекают термоядерные реакции — вся энергия производится там. Ядро занимает примерно одну четверть от радиуса звезды. Следующая оболочка — лучистая зона, где материя имеет такую плотность, что фотоны не могут преодолеть её по прямой траектории, а постоянно рассеиваются и переизлучаются, пока не достигнут зоны конвекции — верхних 200 тыс. км (радиус Солнца — около 700 тыс. км). Здесь энергия передаётся путём перемешивания слоёв: зона конвекции буквально кипит — это можно увидеть в телескоп. Выше расположена солнечная атмосфера, насыщенная магнитными полями.

«Участвуем в ряде космических вращений»

— Как вращается Солнце и как оно движется в галактике Млечный Путь?

— Вселенная устроена как система, где вокруг центров гравитации вращаются менее массивные объекты. В нашей системе таким центром является Солнце и вокруг него движутся планеты.

Но в масштабах Галактики Солнце — это просто точка. Есть центр Галактики, там находится сверхмассивная чёрная дыра Стрелец A*, вокруг которой движутся все звёзды. Чтобы совершить один оборот вокруг центра, Солнцу требуется около 250 млн лет. При этом Млечный Путь тоже движется в сторону Великого Аттрактора — зоны гравитационной аномалии, которая притягивает множество галактик. Так что мы невольно участвуем в ряде космических вращений и перемещений.

— Всем известно о магнитном поле Земли, которое защищает нас от солнечного ветра. А что представляет собой гелиосфера и от каких воздействий она ограждает Солнечную систему?

— Это «пузырь», наполненный солнечным ветром и магнитным полем, который простирается на всю Солнечную систему. Гелиосфера защищает нас от заряженных частиц, которые присутствуют в Галактике за пределами Солнечной системы. Они возникают при взрывах сверхновых и обладают очень высокими энергиями. Обычная солнечная радиация всё же менее жёсткая, потому что Солнце — звезда довольно спокойная.

Кроме того, земная жизнь, возникнув в условиях солнечной радиации, адаптирована к ней. Не говоря уже о том, что сама Земля довольно радиоактивная планета, на которой присутствуют уран и другие радиоактивные элементы. А вот внешнее, галактическое излучение может быть для нас опасно.

«Точного ответа на эти вопросы нет»

— С чем связаны периоды повышенной солнечной активности и почему они повторяются с определённой регулярностью?

— Пока точного ответа на эти вопросы нет. История наблюдений за солнечной магнитной активностью насчитывает только 300 лет. Нам неизвестно, каким был её характер даже 1 тыс. лет назад, не говоря уже об эпохе динозавров. Известно лишь, что в настоящее время активность Солнца достигает пика в среднем раз в 11 лет. Сейчас, кстати, фаза спада — максимум был пройден в 2024 году, а минимум солнечной активности ожидается к 2029–2030 годам.

Цикличность магнитной активности не является уникальной особенностью Солнца — у других звёзд наблюдается подобное. Но почему у Солнца цикл длится около 11 лет, а не 15 или 20, к примеру, науке неизвестно.

По одной версии, причина может быть в Юпитере, который делает оборот вокруг Солнца почти за 12 лет. Это массивная планета, поэтому некоторые исследователи говорили, что Юпитер каким-то образом «раскачивает» Солнце. Однако никакими расчётами это предположение не подтверждено, поэтому скорее это обычное совпадение.

— Насколько разнообразны по типу и составу звёзды?

— Звёзды очень сильно различаются. Например, Бетельгейзе в сотни раз больше Солнца и светит в 100 тыс. раз ярче. Но срок её жизни — около 10 млн лет, в то время как Солнце проживёт в 1 тыс. раз дольше — 10 млрд лет. Солнце можно назвать маленькой, спокойной и долгоживущей звездой.

— Будут ли появляться новые химические элементы по мере эволюции Вселенной и смены поколений звёзд?

— По мере развития Вселенной в ней будет выгорать водород, пока полностью не исчерпается. Тогда все звёзды погаснут. Однако таблица Менделеева принципиально меняться не будет, изменится лишь процентное соотношение элементов.

«Система будет существовать вечно»

— Как погибнет Солнце?

— Об этом науке известно, потому что во Вселенной есть звёзды, похожие на Солнце и находящиеся на разных стадиях эволюции. Солнце прожило примерно половину своего срока. Впереди — ещё 5 млрд, что по нашим меркам является практически вечностью. Потом Солнце на короткое время превратится в звезду-гиганта, увеличившись примерно в 100 раз и поглотив Меркурий и Венеру. Земля, скорее всего, уцелеет, но как полностью выжженная планета.

В конце концов Солнце сбросит внешние оболочки, сожмётся и станет белым карликом. Он будет обладать массой Солнца, но по размерам будет сопоставим с Землёй. Со временем станет холодной, почти не светящейся звездой.

Сохранив массу, он сохранит и оставшиеся после расширения планеты, которые продолжат вращаться вокруг него. И в таком виде эта система будет существовать вечно. Срок жизни белого карлика — примерно триллион лет. Вселенная скорее сожмётся в точку раньше, чем погибнет белый карлик.

— Какие ещё научные загадки, помимо 11-летних циклов магнитной активности, есть у Солнца?

— Пока нет ответа на вопрос, почему внешняя атмосфера Солнца на миллионы градусов горячее, чем его поверхность. Ядро Солнца раскалено примерно до 15 млн °C, на поверхности температура значительно ниже — около 5—6 тыс. °C. Затем температура резко возрастает и достигает уже миллионов градусов, хотя никаких дополнительных источников энергии на поверхности нет. Это характерная особенность не только Солнца, но и других звёзд такого типа, однако её механизм ещё не раскрыт.