Дата создания
сайта: 20/12/2012 Дата обновления главной страницы:
14.04.2019 09:08
e-mail:
icq:
613603564
поддержка
проекта:
разместите на своей странице нашу кнопку!И мы
разместим на нашей странице Вашу кнопку или ссылку. Заявку прислать на
e-mail
код нашей кнопки:
Роль солнечной активности во многих явлениях на Земле
общеизвестна. Поэтому с каждым годом не только среди астрономов, но и в
кругах геофизиков и других специалистов растет интерес к тому, что
происходит на Солнце. Это касается солнечных пятен, протуберанцев и в
первую очередь вспышек - самого бурного проявления солнечной активности.
Однако наблюдения последних, если пытаться захватить самую раннюю фазу
их развития, очень трудны. Особенно сложно изучать их спектр, поскольку
необходимо "поймать" даже не саму вспышку, а то место, где она только
начинает развиваться. Иначе от исследователя ускользает самая ранняя
фаза, а вместе с ней и причина вспышки. Поэтому наблюдать солнечные
вспышки стараются коллективно и комплексно, а наблюдения Солнца
проводить с большой частотой и при помощи различных инструментов, как с
Земли, так и из космоса.
Научный комитет по солнечно-земной физике (SCOSTEP) Международного
совета научных союзов, Международный астрономический союз (MAC), Бюро
Отделения общей физики и астрономии АН СССР, Комитет по исследованию
космического пространства (КОСПАР), Научный совет АН СССР по проблеме
"Физика солнечно-земных связей" в 1979 г. приняли единодушное решение об
использовании максимума солнечной активности 1979-1981 гг. для
целенаправленных международных исследований Солнца и прежде всего -
солнечных вспышек. Международная программа была рассчитана на 19 месяцев
(август 1979 г. - февраль 1981 г.) наблюдений. Весь комплекс мероприятий
по исследованию солнечной активности был назван Годом Солнечного
Максимума (ГСМ). Анализ материалов, полученных в период ГСМ, еще
продолжается.
Здесь мы кратко расскажем о проекте ГСМ, работе Саянской обсерватории
Сибирского института земного магнетизма, ионосферы и распространения
радиоволн (СибИЗМИР) СО АН СССР - консультативного центра по оперативной
координации наблюдений среди обсерваторий СССР - и некоторых
предварительных результатах, полученных в ходе реализации проекта в СССР
и за рубежом.
Известно, что каждые 11 лет солнечная активность достигает своего
апогея, а затем постепенно снижается до минимума. В периоды максимумов в
десятки раз возрастают число и размеры пятен на Солнце (в которых
концентрируются сильные магнитные поля), активизируются вспышечные
процессы и резко увеличивается интенсивность электромагнитного излучения
в коротковолновой части спектра (длина волны меньше 200 нм). На
поверхности дневного светила появляются многочисленные факелы и флоккулы
(яркие облака газа), темные волокна разделяют зоны магнитных полей
противоположного знака, в самой внешней и наиболее разреженной части
атмосферы Солнца - короне, нагретой до миллионов градусов, подымаются
"холодные" (6000° С) висячие облака плазмы - протуберанцы.
Максимум 1979-1981 гг. по прогнозу мог уступить только знаменитому
максимуму 1957-1958 гг., когда сложились амплитуды 11-летнего и более
длительного 80-90-летнего циклов Солнца. Благодаря тому, что в последние
годы на вооружение астрофизиков-солнечников поступила новая спектральная
техника, магнитографы, большие коронографы и вакуумные телескопы, в
период нынешнего максимума ученые получили уникальную возможность для
исследования вспышек. Имеющееся оборудование позволяет в пределе
достигать хорошего пространственного (около 1") и временного (0,01 с)
разрешения при наблюдениях тонких деталей и процессов на Солнце, что
особенно важно для расшифровки и уточнения внутренних механизмов
вспышки.
Так, в Советском Союзе в Специальной астрофизической обсерватории АН
СССР действует мощный радиотелескоп "РАТАН-600" с диаметром антенны 600
м. В Крымской астрофизической обсерватории АН СССР работает башенный
солнечный телескоп с диаметром главного зеркала 100 см. Ряд научных
учреждений АН СССР (ИЗМИРАН, СибИЗМИР, Пулковская обсерватория, Крымская
астрофизическая обсерватория) располагает современными телескопами,
оснащенными магнитографами для регистрации магнитных полей в активных
областях Солнца - вероятном источнике магнитной энергии, где она
накапливается перед вспышкой.
В СибИЗМИР вступил в действие автоматизированный солнечный телескоп,
сконструированы новые монохроматические фильтры, настроенные на линию
ионизованного бария 455,4 нм и красную линию водорода (656,3 нм), создан
телескоп оперативных прогнозов для регистрации общего магнитного поля
Солнца и ряд других приборов. На полигоне Бадары (Бурятская АССР)
введена первая очередь крестообразного радиоинтерферометра, работающего
на волне 5 см. Он состоит из 256 антенн-параболоидов.
Ряд новых инструментов и приборов для получения более точной информации
о различных типах излучения Солнца в период максимума активности был
подготовлен гелиофизиками ВНР, ГДР, ПНР, ЧССР, а также Англии,
Голландии, США, Франции и других стран.
Для проекта ГСМ было запущено несколько космических аппаратов и
спутников, проводивших наблюдения коротковолновой части спектра. Среди
них - "Прогноз-8" и "Прогноз-9" (СССР), "Геос" (Европейское космическое
агентство), "АСТРО-А" (Япония) и, наконец, специализированный солнечный
спутник SMM - "Миссия солнечного максимума" (США). На этих спутниках,
как правило, устанавливалась разнообразная аппаратура для получения
изображения Солнца в рентгеновских и ультрафиолетовых лучах, для
регистрации гамма-излучения во вспышке, заряженных и ускоренных частиц
космических энергий, солнечного ветра и межпланетного магнитного поля.
Комбинирование наземных и спутниковых данных позволяет получить более
полную "объемную" картину развития солнечных процессов, определить
последовательность и причинно-следственную связь явлений на разных
ярусах атмосферы Солнца от видимой ее части - фотосферы до расстояний в
шесть радиусов Солнца (4,2 млн. км).
При возникновении солнечных вспышек - явлений,
похожих на гигантские взрывы или извержения, выделяется огромное
количество энергии, доходящее иногда до 1031-1032 эрг. Для сравнения
укажем, что наиболее мощные, катастроические
Автоматизированный солнечный телескоп (слева) и
большой коронограф (на заднем плане) Саянской обсерватории СибИЗМИР
ф землетрясения характеризуются энергией всего лишь
порядка 1024 эрг. Очевидно, что мощная солнечная вспышка представляет
собой катаклизм космического масштаба. Она сопровождается ударными
волнами в короне Солнца и межпланетной среде, выбросом массивных (10ls
г) облаков плазмы, всплесками радио-, ультрафиолетового, рентгеновского
и гамма-излучения. В видимой области спектра усиление свечения
происходит главным образом в спектральных линиях водорода, ионизованного
кальция и других металлов.
Первую вспышку удалось пронаблюдать еще в 1859 г. с помощью прибора,
выделявшего узкую монохроматическую (красную) линию водорода.
Впоследствии вспышки были замечены в линиях излучения гелия, натрия,
кальция и других элементов. Это очень яркие образования из раскаленных
газов (плазмы), занимающие на солнечном диске площади от 108 до 109 км2
(в среднем примерно 50 площадей сечения земного шара по экватору).
В XIX в. было обнаружено, что вспышки на Солнце сопровождаются рядом
геофизических явлений: колебаниями магнитной стрелки, магнитными бурями
и полярными сияниями. В наше время мощные вспышки нарушают радио- и
телефонную связь, значительно снижают радиолокационную видимость,
приводят к перебоям в системах автоматики нефте- и газопроводов и т. д.
Имеются веские основания считать, что периоды повышенного числа вспышек
способны повлиять на климатические условия на Земле. Замечено
воздействие вспышек на биосистемы и человека. Их воздействие на верхнюю
атмосферу Земли и ближний космос еще более очевидно.
Поток космических лучей от "протонных" вспышек представляет серьезную
радиационную опасность для космонавтов, что при современных длительных
полетах в космос требует совершенствования
Наклонный вакуумный телескоп Байкальской
астрофизической обсерватории СибИЗМИР. Предназначен для получения
крупномасштабных снимков Солнца с высоким разрешением
Большой коронограф (системы Г. М. Никольского)
на Горной астрономической станции Главной астрономической обсерватории
АН СССР (Кисловодск). Такими однотипными инструментами оснащен ряд
советских и зарубежных обсерваторий
службы "солнечной погоды" и надежного
прогнозирования наиболее мощных вспышек.
Помимо большого прикладного и практического значения, которое имеет
изучение вспышек, раскрытие их физического механизма представляет
огромный теоретико-фундаментальный интерес. Дело в том, что Солнце для
нас - это гигантская космическая лаборатория, где природа,
"экспериментируя", сталкивает мощные магнитные поля (1000-4000 Э)
протяженностью до 100 000 км с высокотемпературной (десятки миллионов
градусов) плазмой. Сегодня такой эксперимент в наземных условиях
поставить нельзя. Однако он может оказаться очень важным в связи с
проблемой управляемых термоядерных реакций.
Согласно современным воззрениям, источник энергии вспышек - магнитное
поле активной области или пятен на Солнце. В какой-то мере это
подтверждается проведенными за последние 20-30 лет наблюдениями
локальных магнитных полей с помощью специальных приборов - солнечных
магнитографов. Магнитограф, принцип работы которого основан на эффекте
Зеемана (эффект расщепления спектральных линий в магнитном поле),
способен за 5-10 минут получить карту магнитного поля активной области.
Обычно речь идет о продольном поле - слагающей напряженности вдоль луча
зрения земного наблюдателя.
Теоретические расчеты подсказывают две возможности накопления свободной
магнитной энергии в солнечной плазме. Оно происходит либо в нейтральном
токовом слое высоко над активной областью в короне, либо в более низких
арочных структурах силовых линий, обладающих так называемой бессиловой
конфигурацией. Существует множество моделей и гипотез, основанных на
этих двух альтернативных вариантах, но все они постулируют активную роль
магнитного поля, энергия которого преобразуется в энергию вспышки.
Однако пока нет прямых доказательств уменьшения энергии магнитного поля
после вспышки*. Поэтому не следует исключать из рассмотрения и те
модели, в которых магнитному полю отводится пассивная роль - роль
накопителей волновой энергии, энергии частиц, для которых магнитные
конфигурации - магнитные петли, часто имеющие вид "бутылок", могут
служить своеобразными ловушками-накопителями.
Ключевая проблема при исследовании вспышек - это обнаружение
метастабильных пред-вспышечных конфигураций магнитного поля, изучение их
конкретного вида и их классификация.
С этой целью были выдвинуты три основные задачи проекта ГСМ: изучение
процесса накопления магнитной энергии (подпроект FBS), изучение
механизма высвобождения энергии (подпроект SERF) и исследование
возмущений от вспышки в межпланетном пространстве (подпроект STIP).
Остановимся подробнее на первых двух из них.
Статистические исследования вспышек показывают, что
чем больше мощность вспышки, тем
Хромосфера Солнца в лучах красной линии водорода
(26 августа 1980 г.). Видны темные волокна и пятна, яркие флоккулы, а
также солнечная вспышка на лимбе. Фото SOON (Solar Observing Optical
Network)
больше времени пройдет до момента следующей подобной
вспышки в том же магнитном центре. Поскольку существуют, как уже
говорилось, две теоретические возможности накопления свободной энергии в
токонесущем магнитном поле (токовый слой и бессиловая конфигурация), то
наблюдения должны определить, какому из этих типов соответствует
предвспышечная конфигурация поля.
Временной интервал накопления энергии перед средней вспышкой может
длиться несколько часов.
Эволюция же активной области к вспышеч-но-продуктивной конфигурации
может занимать несколько суток. Поэтому для понимания процесса
накопления магнитной энергии требуются многочасовые и круглосуточные
наблюдения одной и той же области на Солнце, которые возможны только при
кооперации обсерваторий всего земного шара. Другая трудность связана с
необходимостью отделить изменения поля, которые ведут к вспышкам, от
обычных эволюционных вариаций, происходящих каждый день. Это требует
достаточно коротких промежутков времени между наблюдениями и хорошего
разрешения (около 1") фотосферных и хромосферных деталей Солнца.
Перед многими вспышками наблюдается так называемое явление
предшественника - непрерывный медленный нагрев плазмы, проявляющийся в
сантиметровом и миллиметровом радиодиапазоне, а также в красной линии
водорода (хромосферного происхождения), в ультрафиолетовой и мягкой
рентгеновской областях. У предшественника темное волокно, наблюдаемое в
упомянутой линии и разделяющее холмы поля противоположной полярности,
начинает активизироваться и "взрывается" в том месте, где будет вспышка.
Ключевой вопрос здесь - означает ли эрупция (взрыв) темного волокна
проявление той или иной токовой неустойчивости?
Тонкая структура хромосферы и солнечная вспышка
(крупный план фрагмента предыдущего снимка). Видны яркое вещество
вспышки и выброс массы в верхние корональные слои. Фото SOON
Наблюдения магнитных полей и радиоизлучения
показывают, что нижележащие магнитные поля начинают изменяться (пока
только неясно, каким образом эти изменения разрушают всю конфигурацию).
Наблюдения рентгеновского излучения нетепловой* природы должны дать
ответ на вопрос, существуют ли ускоренные частицы уже в период
предшественника. Наблюдения в ультрафиолетовом и рентгеновском
диапазонах со спутников и космических аппаратов, несомненно, несут здесь
большую информацию, но без наземного оптического обеспечения невозможно
"увязать" эту информацию с меняющейся магнитной структурой в фотосфере,
которая определяет конфигурацию поля во всех внешних слоях атмосферы
Солнца. Таким образом, только комбинация результатов наземных оптических
и
радионаблюдений со спутниковыми данными позволяет решать вопрос о
накоплении энергии во вспышке комплексно.
Эта начальная фаза вспышки характеризуется появлением
ускоренных электронов и протонов и, как показывают исследования в
рентгеновском диапазоне, является нетепловой по своей природе. Следует
отметить, что, несмотря на более чем столетний период наблюдений вспышек
(включая наблюдения последних лет на высотных ракетах и космических
аппаратах), в вопросе о высвобождении энергии остается много неясного.
Основная проблема энергетики вспышек, без сомнения, следующая: каким
образом Солнце высвобождает огромное количество энергии (до 1029 эрг/с)
в течение значительных промежутков времени (длительность вспышки порядка
1000 с) на площади, не превышающей 1019 см2. Хотя накопление энергии в
исходных магнитных полях теоретически возможно, тем не менее не ясно,
каким образом в процессе перестройки полей может выделяться энергия в
течение столь длительного интервала.
Другой важный вопрос касается локализации мест, где высвобождается
энергия вспышки. Нас интересует, во-первых, где они находятся - в короне
(токовый слой), хромосфере, фотосфере или еще ниже под фотосферой, в
глубоких слоях, и, во-вторых, каков их характерный размер: порядка
секунд дуги, или он существенно меньше (что соответствует быстрому
протеканию процесса), или же намного больше (что соответствует большой
мощности выделения энергии).
По существу, проблема высвобождения энергии неопределенна по своей
постановке: мы не знаем, уносится ли основная часть этой энергии
макроскопическими выбросами массы или она тратится на нагрев нижних
слоев хромосферы и фотосферы. Какой из механизмов нагрева нижних слоев -
быстрые (ускоренные) электроны, теплопроводность, ударный фронт - играет
ведущую роль?
Эти и многие другие вопросы были поставлены на рабочем совещании по
механизмам высвобождения энергии во вспышке (февраль 1979 г., Кембридж,
США), на котором советские специалисты выступили с объединенным
теоретическим докладом. Внимание участников привлекала проблема,
касающаяся последовательности событий во вспышке. В результате был
сформулирован ряд конкретных вопросов, требующих своего решения в рамках
подпроекта SERF, и в частности такие:
предшествует ли явление "белой" вспышки, видимой в обычном свете,
некоторым типам всплесков жесткого (коротковолнового) рентгеновского
излучения;
достаточно ли синхронны кривые рентгеновского и ультрафиолетового
всплесков для того, чтобы можно было считать механизм возбуждения
последнего нетепловым; является выброс массы во вспышке следствием или
же причиной высвобождения первоначальной магнитной энергии.
В результате обобщения этих и многих других вопросов были разработаны 22
типа целенаправленных наблюдений, или "мини-кода", которые были
разосланы всем обсерваториям и стали исходными при выборе тех или иных
режимов наземных наблюдений. Мини-программы существенно облегчили
координацию наземных и спутниковых наблюдений вспышек.
Практически это происходило следующим образом. Во время "алерта"
(тревоги) ГСМ в СибИЗМИР постоянно работала группа сотрудников,
занимавшаяся сбором, анализом и оцен-
кой поступающей информации. На базовой Саянской обсерватории,
расположенной в 300 км от Иркутска, постоянно велись обзоры Солнца и
регистрировались магнитограммы активных областей. В течение дня
оперативно оценивалась обстановка на Солнце, и в 16 часов местного
времени из Иркутска посылалась в адрес координационных центров (Франция,
США) по системе оповещения Гидрометцентра СССР телеграмма, содержащая
рекомендации по наблюдению солнечных объектов. По этому же каналу
осуществлялась ответная синхронизация работ всех советских обсерваторий
с помощью вышеупомянутых "кодов", согласованных со спутниковой
программой наблюдений.
Спутник SMM (целевой спутник проекта ГСМ), запущенный
14 февраля 1980 г., предназначался в первую очередь для наблюдений в той
части электромагнитного спектра, которая не регистрируется наземными
телескопами. По команде
Эволюция мощной двуленточной вспышки в лучах
красной линии водорода (21 мая 1980 г.). Белые пятна - наиболее яркие
основания вспышечных арок и ядро вспышки (температура порядка 107 К);
красные структуры соответствуют меньшей температуре (105К). Снимки
получены с интервалом 9 мин. Фото НАСА - Центр им. Р. Годдарда
с Земли спутник нацеливался на те активные области
Солнца, за которыми следили по согласованной программе все участвующие в
реализации проекта обсерватории. Активные области выбирались по
рекомендациям нескольких центров: координирующего центра подпроекта FBS
в Медоне (Франция), консультативного центра СибИЗМИР (СССР) и др.
На спутнике было установлено семь телескопов различного назначения,
перекрывавших почти весь диапазон излучения вспышек от 0,16 до 656,3 нм.
Кроме того, на нем регистрировалось нетепловое гамма- и рентгеновское
излучение в диапазоне энергий от 3,5 кэВ до 160 МэВ. Комплект телескопов
обеспечивал высокое временное разрешение деталей Солнца, недоступное при
наблюдениях с Земли. Точность наведения составляла 1" в ультрафиолетовой
и 8" в рентгеновской областях спектра. Регистрация рентгеновских
всплесков проводилась с точностью 0,01 с, а измерение солнечной
постоянной, характеризующей лучистую энергию Солнца, с недостижимой
ранее точностью порядка 0,1%.
Аппаратура спутника работала в такой последовательности. Сигнал о начале
"плазменного взрыва" - вспышки на Солнце сначала nocfy-пал в
спектрометр, строивший изображение в жестком рентгеновском диапазоне.
Прибор с экспозицией 1,5 с делал "мгновенные снимки" быстрых
рентгеновских всплесков в шести независимых диапазонах энергий от 3,5 до
30 кэВ и через бортовую ЭВМ посылал сигнал на три других телескопа. Они
немедленно наводились на центральную и самую интенсивную область (ядро)
вспышки и делали быстрые серии снимков. Ответ на вопрос, каким образом
на ранней и поздней стадиях вспышек появляются ускоренные электроны и
какова их энергия, должен был дать другой прибор - спектрометр всплесков
жесткого рентгеновского излучения, который каждые 0,128 с регистрировал
более коротковолновое излучение в диапазоне 25-385 кэВ. Наконец, третий
рентгеновский телескоп - полихроматор исследовал начальную фазу
образования вспышки, когда ускоренные частицы отрывают электроны от
атомов. Возникающая в результате вспышки турбулизация плазмы при
температурах от 2 до 20 млн. К изучается по форме и сдвигам
рентгеновских эмиссионных линий. Полихрома-тор позволял проследить
эволюцию горячей плазмы во времени и пространстве. Ультрафиолетовый
спектрометр-поляриметр (диапазон 110-300 нм) фокусировался на областях с
наиболее сильной ультрафиолетовой эмиссией и позволял получить структуру
вспышки в переходной от хромосферы к короне области. Особое место
отводилось гамма-телескопу. За 16 с он регистрировал весь спектр
излучения от 0,3 до 160 МэВ, который возникает от столкновения очень
высокоэнергичных протонов, ускоренных во вспышке, с окружающей плазмой.
В противоположность всем телескопам коротковолнового спектра,
направленным на диск Солнца, коронограф-поляриметр регистрировал
последствия вспышечного взрыва во внешней атмосфере (короне) Солнца на
расстояниях 1,5-6 солнечных радиусов. С его помощью каждые 72 с получали
снимки, аналогичные снимкам полного затмения Солнца. По ним изучались
свойства короны в период максимума. Особое значение здесь придавалось
исследованию гигантских выбросов массы (до 1015 г), достигающих орбиты
Земли, выяснению их причины и внутреннего механизма, а также регистрации
магнитного поля.
Параллельно с проведением наблюдений ученые разных
стран приступили к обработке, предварительному изучению и обсуждению
собранных данных. Это необходимо было сделать уже в ходе реализации
проекта, поскольку последующие ее этапы корректировались с учетом
первоначально полученных данных. Одной из форм изучения и обсуждения
материала стали рабочие совещания, на которых участники, разделившись на
тематические группы, рассматривали те или иные аспекты проблемы вспышек.
В августе 1980 г. Станфордским университетом (США) была организована
секция по проблеме высвобождения энергии (SERF), на которой обсуждались
спутниковые наблюдения. На пленуме секции "Солнце" Астрономического
совета АН СССР, состоявшемся в октябре 1980 г. в Кисловодске,
рассматривались результаты наблюдений на советских обсерваториях. В
марте 1981 г. в Крымской астрофизической обсерватории состоялось
международное рабочее совещание по проекту ГСМ, в котором участвовали
ученые 18 стран. Полученные результаты существенно меняют наши
представления о физической картине процесса вспышки и требуют пересмотра
некоторых укоренившихся представлений.
Это касается, прежде всего, проблемы нагрева плазмы и передачи энергии
во вспышке. Как показали спутниковые измерения, жесткое
Активная область Солнца в рентгеновских лучах.
Снимки с интервалом около 8 с получены со спутника SMM 30 апреля 1980 г.
при помощи 6-канального спектрометра изображения. В их верхней части:
поле зрения (ограничено рамкой) - 2' 40" X 2' 40" (разрешение - 8" X
8"), в нижней: поле зрения (так же ограничено рамкой) - 6' 24" X 6' 24"
(разрешение - 32" X 32" ). Различные цвета отвечают различным яркостям:
наиболее яркие участки (106 К) - белые. Фото НАС А - Центр им. Р.
Годдарда
рентгеновское изучение исходит из оснований
вспышечных магнитных петель, а не из их вершин, где наивысшая
температура. Это означает, что тепловая модель вспышечных процессов, в
основе которой лежит представление о доминирующей роли высокой
температуры, не получила существенного подтверждения. Основной
плазменный взрыв происходит в гораздо более низких, чем считали раньше,
слоях с высокой концентрацией вещества. Микроволновая радиоэмиссия,
напротив, исходит из вершин петель "магнитных бутылок". Однако
точное хронометрирование (до 0,01 с) показало, что между рентгеновским
всплеском и радиовсплекском не существует никакого запаздывания с
точностью до долей секунды, которое должно было бы быть, если бы и тот и
другой генерировались одним и тем же пучком высокоэнергичных частиц. Тем
не менее получен ряд свидетельств в пользу гипотезы, согласно которой
жесткое рентгеновское излучение (0,5-2,3 нм) во вспышках испускается
особо горячей плазмой с температурой 2 108 К (его спектр соответствует
такой температуре) - факт, который требует своего объяснения.
Другой важный результат касается поведения поля скоростей во вспышках.
Спектральные линии переходной области, ультрафиолетовые и рентгеновские
линии короны уширяются во время вспышек. Например, так ведут себя
резонансные линии Са XIX и Fe XXV (восемнадцатикратно ионизованный
кальций и двадцатичетырехкратно ионизованное железо), соответственно
излучающие в области 0,32 и 0,18 нм. Если это уширение интерпретировать
как турбулентные скорости, то они меняются от 100 (в начальной фазе) до
60 км/с Наблюдения краевой вспышки 30 апреля 1980 г. дали значения
ширины кальциевых линий, соответствующие еще большим скоростям - до 180
км/с. Это говорит о том, что нетепловой агент, который вызывает жесткое
рентгеновское излучение у оснований' магнитных петель, одновременно
в-очень сильной степени турбулизирует плазму.
Вопрос о ширине рентгеновских линий был изучен особо американскими
авторами, наблюдавшими 3 марта 1980 г. активную область, которая
генерировала 41 вспышку. Наиболее сильное мягкое рентгеновское излучение
исходит из низких петель (плоских арок) магнитного поля. За разогрев и
повышенное рентгеновское излучение в активной области, по мнению
авторов, ответственны не сами вспышки, а некоторый постоянный источник
негепловой энергии, который проявляет себя в уширении рентгеновских
линий. Вспышки происходят в том месте, где уже имеется повышенное
рентгеновское излучение. Таким образом, источник нетепловой энергии
(помимо своего глубинного характера и независимости от вспышек) обладает
свойством уширять линии переходной области и короны, т. е. влиять на
поле скоростей явным образом.
В связи со сказанным уместно упомянуть, что еще в 1973 г. авторами
статьи была предложена гипотеза о происхождении вспышки за счет энергии
"волны-цунами", локализованной в нижней и верхней хромосфере (область
температурного минимума и выше). Такая волна (или серия волн) несет
запас нетепловой энергии (кинетической и потенциальной) порядка
1030-1031 эрг. При столкновении с магнитным полем, т. е. активной
областью, эта энергия переходит, прежде всего, в турбулентную энергию
плазмы, что приводит к уширению соответствующих линий в спектре и
нагреву. Значительная часть энергии волны будет уходить в
макроскопический выброс вещества хромосферы, о чем речь пойдет ниже.
Важным фактом, указывающим на глубинный характер выделения энергии в
активной области и вспышках, стало обнаружение нагрева области
температурного минимума хромосферы (здесь температура в спокойный период
составляет
Панорамная магнитограмма активной области на
Солнце в линии 525,3 нм (получена Н. В. Клочеком 13 февраля 1981 г.).
Слева - шкала напряженности магнитного поля в гауссах. В группе пятен
видны области северной (темные) и южной (светлые) полярности поля.
Панорамные магнитограммы использовались Консультативным центром ГСМ в
СибИЗМИР СО АН СССР (Иркутск) для оперативных прогнозов
всего 4500 К). Эта проблема вместе с проблемой
упоминавшихся "белых" вспышек, видимых в обычном свете, признаны
фундаментальными вопросами физики вспышек. Таким образом, благодаря
спутниковым и наземным данным существенную поддержку получают те модели
и гипотезы, которые исходят из глубинной природы основного
энергетического агента во вспышках, связанного с полем скоростей и
глубинным прогревом. В этой связи нельзя не упомянуть о выводах
советского ученого Э. И. Могилевского, предположившего, что в
предвспышечный период на уровне фотосферы возникают нелинейные
возмущения магнитного поля и скорости - МГД-солитоны, являющиеся
источниками вспышечного процесса. Эта модель представляет интерес в
связи с неожиданным обнаружением доктором Г. Зириным (Zirin, США)
кратковременных (1-2 минуты) изменений знака в продольном магнитном поле
фотосферы.
Интересные результаты были получены на SMM при исследовании импульсной
фазы - фазы ускорения электронов. Продолжительность всплесков жесткого
рентгеновского излучения не меньше 0,1 с. Это кладет определенные
ограничения на параметры электронного пучка, предположительно
ответственного за импульсную фазу: инжекция электронов либо очень низка,
либо сильно анизотропна. Кроме того, несмотря на присутствие в некоторых
вспышках тормозного излучения (оно возникает вследствие торможения
быстрых электронов в магнитных полях), доходящего по энергии до
нескольких мегаэлектронвольт, не получено строгого доказательства
существования второй стадии ускорения (ускорения протонов) во вспышках.
Это связывается с некоторыми особенностями нынешнего цикла активности.
Одновременно получен довольно странный результат: ионная температура
остается выше электронной длительное время после начала вспышки.
Согласно теории нейтрального токового слоя пучки электронов,
появляющиеся в результате разрыва слоя, должны "обжигать" холодную
хромосферу, т. е. электронная температура должна быть значительно выше.
В этой связи не просто совпадением выглядит то, что ионная температура,
выведенная по уширению рентгеновских эмиссионных линий (108 К), и
температура, соответствующая спектру рентгеновского излучения во
вспышках (о ней говорилось выше), имеют один и тот же порядок.
В рамках проекта ГСМ большое, внимание было уделено вопросу о
локализации мест высвобождения энергии во вспышках. Наблюдения показали,
что импульсная фаза протекает в очень низких, почти "плоских" арках и
аркадах магнитного поля. Более поздняя, постепенная фаза проходит выше и
проявляет себя в радиоэмиссии и мягком рентгеновском излучении. Рабочая
группа, изучавшая этот вопрос, пришла к "старому" выводу: первоначальное
высвобождение энергии связано с дестабилизацией активного
волокна-протуберанца. Об этом свидетельствует то, что еще за несколько
минут до импульсной фазы красная линия водорода постепенно становится
ярче. Учитывая, что темное активное волокно или по крайней мере его
наиболее массивная часть лежит в нижней короне, мы снова приходим к
выводу о глубинной (хромосферной) локализации первичного источника
энергии во вспышке. Скорость высвобождения энергии в импульсной фазе
настолько велика, что ни один из известных механизмов не может его
обеспечить.
Один из важных аспектов высвобождения вспышечной энергии - соотношение
между лучистым и механическим потоками энергии. Вопрос формулируется
так: какая часть энергии первичного источника идет на нагрев и
последующее свечение плазмы в ультрафиолетовом и рентгеновском
диапазонах, а какая уходит в виде выброса плазмы (транзиента) в верхние
коро-нальные слои. Результаты эксперимента, проведенного в 1973 г. на
орбитальной станции "Скайлэб", показали, что до 50% полной энергии
вспышек проявляется в форме кинетической энергии транзиента. Транзиенты
наблюдаются в короне на расстояниях от 2 до 6 солнечных радиусов и
обладают скоростями 300-1000 км/с. Отсюда следует, что по крайней мере
часть из них достигает орбиты Земли. С этим связана практическая сторона
вопроса: какая доля энергии первичного агента вспышек уходит в
межпланетное пространство.
Упоминавшийся коронограф-поляриметр получал по 200-250 снимков короны в
день, что позволило за 52 дня наблюдений зарегистрировать 22 транзиента.
Большинство из них на фотографиях имеет вид арок магнитного поля, внутри
которых не видна тонкая структура. Для транзиента, зарегистрированного
7апреля 1980 г., впервые удалось получить определенное доказательство
связи между его петельной структурой и источником вспышечного
радиоизлучения. Магнитная арка транзиента простиралась от солнечного
экватора почти до Северного полюса и имела яркое основание - "ногу" - на
западе. Скорость транзиента составляла 650 км/с, масса - около 1016 г.
Отношение плотностей тепловой энергии и магнитной - 6%. Подсчет показал,
что'для вспышки балла С5 (классификация рентгеновских спектров вспышек)
и связанного с ней транзиента типичны следующие характеристики: энергия
излучения вспышки - 1029 эрг; механическая энергия транзиента - Ю30-1031
эрг; энергия, заключенная в магнитном поле транзиента, - 1031 эрг.
Вся цепь явлений вспышка - транзиент в комплексе выглядит так: выделение
энергии первичного источника в низких слоях хромосферы ("плоские арки")
приводит к срабатыванию многокаскадного МГД-механизма, который
высвобождает еще большее количество энергии, запасенной в магнитных
полях короны. При расширении этой корональной части магнитного поля
(гигантские арки) часть энергии может переходить в кинетическую энергию
движения транзиента и энергию радиоизлучения вспышечного типа, а часть -
в энергию межпланетных ударных волн, достигающих Земли.
В итоге обсуждение результатов, полученных в рамках проекта ГСМ,
позволяет нам видеть причину вспышки в грандиозном выбросе вещества
(плазмы) из глубинных слоев Солнца, который на границе фотосфера -
хромосфера характеризуется волновыми движениями, сопровождающимися
турбулентностью. Именно такой выброс способен создавать токовые слои и
приводить к частичному "выгоранию" магнитного поля, при этом главная
роль принадлежит здесь магнитно-плазменному "поршню", имеющему в короне
вид транзиента. Дальнейшие исследования позволят сделать окончательные
выводы и прояснить физическую картину вспышки.
Авторы приносят глубокую благодарность доктору Д. Расту (Rust, США) из
обсерватории Гринбелт за любезное предоставление некоторых материалов и
фотографий.
МОСКВА. Чтобы проследить связь между извержениями на
Солнце и полярными сияниями, необходимы самопишущие снаряды: одни,
следящие за солнечной поверхностью, другие - за магнитной стрелкой. Если
эта связь будет доказана как несомненно существующая, как причинная, то
этим будет доказано, что Солнце есть один из главных источников
электричества на Земле. Такое влияние Солнца на Землю - не из тех,
которые приходится обнаруживать тончайшими, чувствительнейшими
приборами: оно от времени до времени бьет в глаза.
Тогда мы будем иметь факт в добавок к уже имеющимся, - факт весьма
веский в пользу устанавливающегося взгляда, что та отталкивательная сила
Солнца, под действием которой развиваются хвосты у комет, есть
электричество.
Из сообщения проф. А. А. Белопольского на 43-м заседании отделения
физических наук Общества любителей естествознания
АНГЛИЯ. А глазговском обществе наук знаменитый английский физик В.
Томсон сделал сообщение по весьма знаменательному вопросу: о силе света,
испускаемого различными естественными и искусственными источниками. Еще
Пулье определил, что теплота, получаемая ежегодно Землею от Солнца,
могла бы расплавить покрывающий всю Землю слой льда толщиною в 14 сажен.
Более новые наблюдения показывают, впрочем, что эти цифры должны быть
еще увеличены. Оказывается, что квадратный дюйм Солнца испускает
теплоту, соответствующую 50 л. с. Томсон пришел к заключению, что сила
света Солнца примерно в 70000 раз больше света Луны, то есть если бы на
небесном своде могли поместиться 70000 таких светил, как Луна во время
полнолуния, то ночь превратилась бы в день.
"Нива"
Владимир Алексеевич КРАТ
(р. 1911) - астрофизик, доктор физико-математических наук,
член-корреспондент АН СССР, заведующий отделом физики Солнца
Главной астрономической обсерватории АН СССР, член
Международного астрономического союза. Родился в Ульяновске
(бывший Симбирск). В 1932 г. окончил физико-математический
факультет Казанского университета им. В. И. Ульянова-Ленина. В
1936 после окончания аспирантуры в Энгельгард-товской
астрономической обсерватории защитил диссертацию на степень
доктора физико-математи-ческих наук на тему "Проблема развития
тесных двойных звезд".
С 1938 и до настоящего времени работает в Главной
астрономической (Пулковской) обсерватории АН СССР сначала в
должности старшего научного сотрудника, затем заведующего
отделом (астрофизический отдел, после войны - отдел физики
Солнца). С 1964 г. по 1979 г. он был одновременно и директором
обсерватории.
В 1972 был избран в члены-корреспонденты АН СССР по отделению
общей физики и астрономии. В. А. Крат инициатор и руководитель
работ, проводимых в СССР по новой отрасли астрономии -
стратосферной астрономии. Он автор более 150 опубликованных
работ и изобретений. Среди них монографии: "Проблемы развития
тесных двойных звезд", "Фигуры равновесия небесных тел",
"Стратосферная астрономия" (с JI. М. Котляром).
Валентин Викторович КАСИНСКИЙ
(р. 1938) - астрофизик, кандидат физико-математи-ческих наук,
старший научный сотрудник лаборатории магнитогидродинамики
Солнца Сибирского института земного магнетизма, ионосферы и
распространения радиоволн (СибИЗМИР) СО АН СССР. Родился в Баку.
В 1960 окончил физический факультет Азербайджанского
государственного университета. В 1960-1961 работая в Главной
астрономической обсерватории (ГАО) АН СССР, принимал участие в
выборе мест для 6-метрового телескопа БТА. С 1962 работает в
СибИЗМИР. В 1964 поступил в аспирантуру ГАО и в 1968 защитил
кандидатскую диссертацию.
В 1965 назначается руководителем горно-солнечной экспедиции
СибИЗМИР в Саянах. С 1969 возглавляет специальную программу
наблюдений магнитных полей солнечных пятен, имеющую
прогностическую направленность. С 1977 он секретарь национальной
Рабочей группы СССР по проекту Год Солнечного Максимума. В. В.
Касинский автор более 50 научных публикаций по проблемам "Солнце
- Земля", пространственно-временного распределения солнечных
вспышек, магнитной гидродинамики активных образований на Солнце.
Размещение фотографий и
цитирование статей с нашего сайта на других ресурсах разрешается при
условии указания ссылки на первоисточник и фотографии.