Небесные магниты. Природа и принципы космического магнетизма

Но какова же величина магнитного поля между пятнами? В среднем около 10 гаусс, то есть в сто раз меньше. Однако это только в среднем. На поверхности Солнца хорошо заметны небольшие детали с самыми разными значениями магнитного поля. Чем выше разрешение телескопа, то есть чем более мелкие детали мы различаем на этой поверхности, тем большие числа мы получаем для напряженности.

Замечательный швейцарский астроном Ян Стенфло вообще советовал не говорить о напряженности магнитного поля на Солнце, а употреблять его интегральную характеристику – магнитный поток[6]. Подобное парадоксальное строение типично для модных объектов, которые называются фракталами. В качестве примера часто приводят береговую линию Англии. Чем более подробную карту берут для вычисления длины этой береговой линии, тем больше получается эта длина. Оказывается, рост длины с увеличением детальности карты обратно пропорционален некоторой степени минимального масштаба, отраженного при построении карты.

В математике еще в начале XX в. была разработана система понятий, которая позволяет описывать подобные структуры. Основные идеи выдвинул немецкий математик Феликс Хаусдорф. Каждый может прочитать его очень ясную и интересную статью[7], опубликованную на излете Первой мировой войны и посвященную понятиям, которые позднее получили название хаусдорфовой размерности и меры (но для этого придется выучить немецкий язык). В физику эти идеи вошли после известной книги Мандельброта в 1970-е гг. В ней упомянут и Хаусдорф, но мельком.

Когда после тяжелого рабочего дня в Институте радиоастрономии в Бонне, посвященного обсуждению вопросов магнетизма галактик, гуляешь по городу, то проходишь мимо Международного математического центра имени Феликса Хаусдорфа. Именно в этом городе Хаусдорф покончил с собой в 1942 г., предпочтя это отправке в концлагерь. Теперь Центр служит горьким напоминанием для сограждан. Мне почему-то кажется, что подобный центр был бы полезен и нам. Даже не столько для развития математики, сколько для прояснения картины мира.

Разумеется, приятно, что изучение магнитных полей Солнца вписывается в такую модную тематику, как фракталы. Однако не совсем понятно, стали ли мы лучше понимать магнитные поля на Солнце после того, как осознали, что они образуют фрактальную структуру. Остановимся на том, что магнитное поле на поверхности Солнца меняется в широких пределах и достигает в солнечных пятнах килогауссных значений.

А какова же напряженность магнитного поля внутри Солнца? Здесь мы, к сожалению, вступаем в область догадок и разнообразных моделей, но уж меньше одного килогаусса оно никак быть не может. В самом деле, солнечные пятна выплывают из глубин Солнца и приносят оттуда с собой магнитное поле. Поэтому магнитное поле в пятнах дает представление о том, что происходит в глубине Солнца.

Конечно, хотелось бы знать больше, но путь к этим знаниям лежит через изучение того, как магнитное поле Солнца меняется во времени. Поскольку оно устроено так сложно, появляется необходимость вводить индексы солнечной активности – интегральные показатели, характеризующие магнитное поле Солнца в данный момент времени.

Нужно вводить много индексов – это связано с разнообразием проявлений солнечной активности. Например, солнечные пятна имеют различную величину, объединяются в группы. Кроме пятен, магнитное поле проявляется, например, в солнечных вспышках. Их тоже нужно как-то учитывать. Более того, в любой момент мы видим лишь половину солнечной поверхности, так что приходится тем или иным способом упорядочивать наши неполные сведения.

Одним из первых индексов солнечной активности было число Вольфа, введенное в 1849 г. швейцарским астрономом Рудольфом Вольфом и названное в его честь. Оно определяется как сумма числа солнечных пятен, видимых в данный момент на диске Солнца, и удесятеренного числа их групп. Чтобы практически вычислить число Вольфа, нужно как-то фиксировать понятие солнечного пятна и группы солнечных пятен. Эта фиксация зависит от разрешения телескопа, на котором ведется наблюдение. Кроме того, пятна и их группы заметно разнятся по своим свойствам, так что трудно сформулировать общепринятое и практически применимое определение этих понятий. Поэтому вычисление числа Вольфа зависит от опыта и квалификации наблюдателя. Для того чтобы сделать числа Вольфа, полученные разными наблюдателями, сравнимыми, вводят нормировочные коэффициенты, специфические для каждого наблюдателя. В последнее время интенсивно развиваются различные подходы к алгоритмическому определению чисел Вольфа и других индексов солнечной активности.

Другими известными индексами солнечной активности являются число солнечных пятен, число групп солнечных пятен, общая площадь солнечных пятен, а также индексы, связанные с излучением Солнца в различных спектральных диапазонах. При вычислении и публикации индексов используются их ежедневные, среднемесячные и т. п. значения.