Saules uzbūve: Saules centrā notiek kodolreakcijas, kas ir Saules enerģijas avots.
Procesi uz Saules: Uz Saules novērojami tumši plankumi, gāzu izvirdumi un citas parādības.
Saules aktivitāte: Uz Saules notiekošie procesi ietekmē arī Zemi.
Saules uzbūve
Saule ir zvaigzne - milzīga, kvēlojoša gāzu lode, kuras diametrs ir 1,4 miljoni kilometru. Tā ir ļoti karsta - Saules virsmas temperatūra ir 5800 grādu pēc Kelvina skalas (K), bet tās centrā temperatūra pārsniedz desmit miljonus grādu. Šādā temperatūrā gāze ir jonizēta, tātad tā atrodas plazmas stāvoklī. Atbilstoši augstajai temperatūrai, Saules iekšienē ir arī augsts gāzes spiediens. Gāzes spiediens tiecas Sauli izplest, taču Saule saglabā līdzsvaru, jo gravitācijas spēks savukārt tiecas Sauli saspiest. Saule sastāv no ūdeņraža, hēlija un citu ķīmisko elementu maisījuma.
1. att. Saules virsma (Cosmic_Background attēls)
Matemātiski modelējot Saules uzbūvi, ir noskaidrots, ka Saule sastāv no vairākām zonām (2. att.). Saules centrā atrodas kodolreakciju zona, kurā notiek kodoltermiskās reakcijas, konkrēti, protonu-protonu cikls, kurās ūdeņradis pārvēršas hēlijā un atbrīvojas milzīgs enerģijas daudzums, galvenokārt gamma starojuma veidā. Papildus tam arī tiek radīts liels daudzums ar neitrino - elementārdaļiņām, kas ir praktiski bez masas. Tālāk seko starojuma pārneses zona, kurā starojums tiek daudzkārt absorbēts un atkal izstarots. Starojuma enerģija pakāpeniski samazinās. Virzienā uz ārpusi samazinās arī temperatūra un spiediens. Gāze kļūst necaurspīdīgāka un nespēj pārvadīt visu no iekšienes nākošo enerģijas plūsmu, tādēļ virs starojuma pārneses zonas atrodas konvektīvā zona, kurā notiek intensīva Saules vielas sajaukšanās. Šeit karstā gāze ceļas augšup, starojot tā atdod enerģiju, tad atdziest un virzās atkal lejup.
2. att. Saules uzbūves shēma un galvenie procesi (NASA attēls)
Saules redzamo virsmu, no kuras nāk gaisma, siltums (infrasarkanais starojums) un ultravioletais starojums, sauc par fotosfēru. Fotosfēra ir plāns slānis, kas sastāv no rīsu graudiem līdzīgiem gāzes mutuļiem - granulām (3. att.). Granulācija atspoguļo uz Saules virsmas konvekcijas procesus, kuri notiek tās dzīlēs. Fotosfēru pieskaita pie Saules atmosfēras. Nākošais Saules atmosfēras slānis ir hromosfēra, kuru veido retinātas gāzes. Hromosfēra plešas aptuveni 5 tūkstošu kilometru augstumā. Tās apakšdaļā ir viszemākā temperatūra, kāda pastāv uz Saules – aptuveni 3800 K. Matiem līdzīgas plazmas strūklas - spīkulas - paceļas no hormosfēras 10 tūkstošu kilometru augstumā, sasniedzot Saules vainagu. Tos var definēt kā karstus gāzes stabus. Pilna Saules aptumsuma laikā hromosfēra redzama kā rožains aplis apkārt Saules diskam.
3. att. Saules granulācija (NSO/NSF/AURA attēls)
Tabula 1: Saules uzbūve
Saules atmosfēras ārējais slānis ir Saules vainags. Tas ir ļoti retināts un sastāv no lādētām daļiņām – joniem un elektroniem. Vainagam ir starveida struktūra un Saules aptumsuma laikā tas redzams kā sudrabains spīdums visapkārt Saulei. Vainaga temperatūra saniedz 1,5 miljonus K un tas izstaro rentgenstarojumu. Tik augstu temperatūru vainagā uztur enerģija, kas nāk no Saules atmosfēras apakšējiem slāņiem. Saules vainaga ārējā daļa izplešas un izklīst apkārtējā kosmiskajā telpā, radot Saules vēju.
Procesi uz Saules
Dažviet fotosfērā redzami tumšāki apgabali – Saules plankumi, kuru temperatūra ir zemāka nekā apkārtējai Saules virsmai – aptuveni 4500 K. Plankumos ir spēcīgs magnētiskais lauks, kas kavē konvekciju, tāpēc no Saules iekšienes nākošā enerģijas plūsma samazinās un attiecīgais virsmas apgabals atdziest. Lieliem plankumiem ir tumša ēna un gaišāka pusēna ar šķiedrainu struktūru. Mazākajiem plankumiem - porām pusēnas nav. Tipiska plankuma izmēri ir 35 tūkstoši kilometru, kas trīskārt pārsniedz Zemes izmērus, bet pašu lielāko plankumu diametrs sasniedz 100 tūkstošus kilometru! Saules plankumi pastāv no pāris dienām līdz vairākiem mēnešiem ilgi. Tie veido Saules plankumu grupas, kurās parasti ir divi galvenie plankumi un vairāki mazāki plankumi. Plankumu grupas veidojas, attīstas un sabrūk. To izskats dienu no dienas mainās. Saulei griežoties, vieni plankumi pazūd aiz diska malas, bet to vietā parādās atkal citi. Plankumu tuvumā, bet reizumis arī atsevišķi redzami gaišāki veidojumi - fotosfēras lāpas. Lāpas ir labāk saskatāmas Saules diska malās. To temperatūra ir ap 300 grādu augstāka nekā fotosfēras temperatūra.
4. att. Pa labi - Saules plankumi izskaisīti pa Saules virsmu. Redzama arī to grupa centrālajā zonā. Pa kreisi - Saules plankums ar tumšāku ēnu un gaišāku pusēnu. Apkārt redzamas Saules granulas (NASA/Royal Swedish Academy of Sciences attēls)
Saules hromosfērā laiku pa laikam notiek Saules uzliesmojumi. Tie skar nelielu Saules virsmas apgabalu, bet tajos atbrīvojas liela enerģija. Uzliesmojums strauji attīstās dažu minūšu laikā un aptuveni pēc stundas nodziest. Tā enerģijas avots ir spēcīgais un pēc formas sarežģītais Saules magnētiskais lauks. Uzliesmojumā rodas intensīvs rentgenstarojums, ultravioletais starojums un radiostarojums. Paši spēcīgākie uzliesmojumi izstaro arī redzamo gaismu. No uzliesmojuma rajona tiek izsviesta elementārdaļiņu plūsma – Saules kosmiskais starojums.
5. att. Saules uzliesmojums (NASA/SDO attēls)
Saules vainagā novērojami relatīvi blīvi un auksti gāzu mākoņi - protuberances, kas veido lielus lokus. To formu nosaka Saules magnētiskā lauka struktūra attiecīgajā atmosfēras apgabalā. Protuberances ir paši lielākie Saules atmosfēras veidojumi (6. att.), kuru garums sasniedz pat 200 tūkstošus kilometru. To pamatne atrodas hromosfērā, bet virsotne paceļas līdz 30 tūkstošu kilometru augstumā. Protuberanču vidējā temperatūra ir 10000 K. Izšķir mierīgās protuberances un aktīvās protuberances. Mierīgās protuberances var pastāvēt mēnešiem ilgi, bet aktīvās protuberances attīstās un izzūd dažu dienu laikā. Tajās notiek strauja gāzes kustība.
6. att. Liela protuberance salīdzinājumā ar Zemi (NASA attēls)
Visi minētie procesi norisinās Saules aktīvajos apgabalos, ko veido liela plankumu grupa un fotosfēras lāpas. Aktīvā apgabala pamatne atrodas fotosfērā, bet tā augšdaļa iestiepjas tālu hromosfērā un vainagā. Aktīvā apgabala rajonā ir palielināts hromosfēras spīkulu daudzums, bet vainagā parasti veidojas protuberance. Ar aktīvajiem apgabaliem saistīti arī Saules uzliesmojumi.
Saules aktivitāte
Uz Saules notiekošie mainīgie procesi - uzliesmojumi, protuberances, u.c. nosaka Saules aktivitātes līmeni (7. att.). Saules aktivitāte ir periodisks process. Viens Saules aktivitātes cikls ilgst vidēji 11 gadus. Atsevišķi aktivitātes cikli var būt gan garāki, gan īsāki. Aktīvajos gados uz Saules novēro daudzus plankumus, protuberances, bieži notiek uzliesmojumi. Aktivitātes minimuma gados plankumu un ar tiem saistīto aktīvo apagabalu ir ļoti maz. Saules aktivitāti bieži raksturo ar Volfa skaitli, kurš atkarīgs no plankumu skaita.
7. att. Saules aktivitāte novērota ar ESA instrmentu PROBA-2 (ESA attēls)
Sākoties kārtējam aktivitātes ciklam, plankumu skaits strauji palielinās un aptuveni četrus gadus pēc cikla sākuma sasniedz maksimumu. Tad seko lēnāks aktivitātes kritums, kas ilgst aptuveni 7 gadus (8. att.). Tuvākais Saules aktivitātes maksimums gaidāms starp 2024. un 2026. gadu. To varēs zināt tikai tad, kad tas būs jau pagājis, jo citādāk ir iespējami, piemēram, divi maksimuma viena cikla laikā. Šajā gadījumā lielāko maksimumu varētu noteikt tikai pēc tam, kad ir novēroti abi maksimumi kopā. Viena aktivitātes cikla ietvaros mainās arī plankumu attālums no Saules ekvatora. Cikla sākumā plankumi parādās samērā lielā leņķiskā attālumā no ekvatora, bet cikla beigās tie rodas ekvatora tuvumā. Saules plankumu magnētiskā polaritāte, t.i., vai plankumu grupas galvgalā atrodas plankums ar ziemeļu vai dienvidu polaritāti, mainās, taču tas notiek nevis ar 11 gadu, bet ar 22 gadu periodu (divu ciklu laikā). Tāpēc par pilnu Saules aktivitātes ciklu uzskata 22 gadus. Savukārt 11 gadu ciklam pāri klājas garāks cikls, kurš ilgst 80 līdz 90 gadus. Iespējams, ka pastāv vēl garāki Saules aktivitātes cikli. Saules aktivitātes cikliskuma cēlonis nav precīzi zināms, domājams, ka tas ir saistīts ar magnētiskām norisēm Saules konvektīvajā zonā un dažādu Saules slāņu atšķirīgo griešanās ātrumu.
8. att. Saules aktivitāte 20. gadsimtā un 21. gadsimta sākumā (ESA attēls)
Samērā daudzas parādības uz Zemes ir saistītas ar Saules aktivitātes līmeni un mainās ar 11 gadu periodu. Saules aktivitātes maksimuma gados uz Zemes biežāk novērojamas polārblāzmas (9. att.) un magnētiskās vētras. Arī radiosakaru kvalitāte ir atkarīga no Saules aktivitātes. Maksimuma gados dažos īsviļņu diapazonos radiosakari pasliktinās, bet garajos viļņos, gluži pretēji, uzlabojas. Tas ir saistīts ar izmaiņām Zemes jonosfērā. Saules aktivitāte nedaudz ietekmē arī laikapstākļus. Ir izpētīts, ka aktivitātes maksimuma gados cikloni un anticikloni ir spēcīgāki. Tiesa, šī sakarība izpaužas ne vienmēr un visur.
9. att. Polārblāzma Islandē
Ar Zemes magnētiskā lauka, meteoroloģisko apstākļu starpniecību un varbūt vēl kādā veidā Saules aktivitāte nedaudz ietekmē arī dzīvo dabu. Piemēram, koku gadskārtu gredzenu biezums mainās ar 11 gadu periodu. Atsevišķu dzīvnieku sugu vairošanās ir atkarīga no Saules aktivitātes, piemēram, dažos gados savairojas daudz siseņu. Pēc dažu pētnieku domām aptuveni ar 11 gadu periodu atkārtojas dažu infekcijas slimību: ērču encefalīta, difterijas, skarlatīnas, tīfa, holēras, mēra uzliesmojumi. Mūsdienās, pateicoties medicīnas sasniegumiem, daļa šo slimību ir praktiski izskaustas un to saistība ar Saules aktivitāti ir ievērojami vājināta.
Tabula 2: Saules aktivitātes ietekme uz Zemi
Īpaši spēcīgi Zemi ietekmē Saules uzliesmojumi. Rentgenstarojums un ultravioletais starojums, kas rodas uzliesmojumu laikā, izmaina Zemes jonosfēras stāvokli un rada spēcīgus īsviļņu radiosakaru traucējumus. Ja uzliesmojums notiek Saules diska centra tuvumā, uzliesmojumā radušās lādētās daļiņas tiek izsviestas Zemes virzienā. Pēc vienas, divām dienām tās sasniedz Zemi un izraisa magnētiskā lauka izmaiņas - magnētiskās vētras. Saules uzliesmojumi ietekmē arī cilvēku veselības stāvokli. Medicīnas statistika liecina, ka uzliesmojumu laikā pieaug sirdslēkmju, infarktu, insultu skaits, biežāk notiek autokatastrofas. Tāpēc Saules uzliesmojumu prognozēšanai un savlaicīgai brīdināšanai ir liela praktiska nozīme.
