Нейтрино и модели Солнца

Как проверить, насколько верны наши представления об источниках энергии Солнца? Поверхностное излучение не может рассказать о процессах в солнечном ядре, для этого надо заглянуть непосредственно в ядро. «Увидеть» его помогают нейтрино — частицы, испускаемые при термоядерных реакциях в центре Солнца. В отличие от фотонов, нейтрино обладают сильнейшей проникающей способностью: они пронизывают светило, совершенно не поглощаясь.

Конечно, «видеть» имеет здесь метафорический смысл. В действительности речь идет о регистрации единичных актов поглощения нейтрино в детекторе. Однако обнаружить нейтрино оказывается гораздо труднее, чем найти иголку в стоге сена.

Детекторы не зарегистрировали ни одного солнечного нейтрино. Это позволило установить, что поток нейтрино от Солнца, по крайней мере, в 6 раз меньше минимального значения потока, предсказываемого теорией. Иначе говоря, результаты экспериментов указывают на более низкую температуру в центре Солнца, чем следует из теории. Естественно, расхождение теории с наблюдениями встревожило астрофизиков. Были предприняты попытки устранить противоречия, немного подправляя стационарную модель Солнца. Но они ни к чему не привели.

Тогда американский астроном В. Фаулер обратил внимание на то, что при построении модели солнечного ядра используется современная светимость Солнца, которая отражает состояние источников энергии с запозданием почти на 10 млн. лет — столько времени распространяется тепло из центра до поверхности. Нейтрино же дают практически мгновенную картину процессов в солнечном ядре, ибо достигают Земли через 8 минут. Поэтому, если в ядре произошла некоторая перестройка, например на какое-либо время возникла конвекция, то светимость Солнца может не соответствовать нейтринному потоку.

Английские астрофизики Ф. Дили и Д. Гуф предложили конкретный механизм неустойчивости, порождающей временную конвекцию в солнечном ядре. Из-за различия скорости ядерных реакций в центре и на периферии ядра, его химический состав, в частности распределение гелия-3, может быть неоднородным. Когда неоднородность становится значительной, развивается конвекция, приводящая к перемешиванию ядра. Вначале добавление свежего гелия-3 в центральную часть ядра увеличивает темп реакций и температуру, но затем ядро расширяется и охлаждается, а нейтринный поток падает.

Внешние слои Солнца быстро приходят в состояние механического равновесия с ядром; Солнце тоже слегка расширяется и охлаждается. Светимость его уменьшается на несколько процентов. Тепловая волна от разогревшегося ядра достигает солнечной поверхности через 8 млн. лет, а к равновесному состоянию Солнце возвращается спустя 250 млн. лет. Таким образом, описанная картина может повторяться через 250 млн. лет.

Возможно, такое понижение светимости Солнца было причиной сильного оледенения Земли около 250 млн. лет назад. Последний минимум светимости Солнца, как считают английские астрофизики, тоже приходился на оледенение, случившееся 3 млн. лет назад.