Astronet > Solnechnye kosmicheskie luchi

po tekstam po klyuchevym slovam v glossarii po saitam perevod po katalogu

Solnechnye kosmicheskie luchi

- potok zaryazhennyh chastic, uskoryaemyh do vysokih energii v verhnei chasti atmosfery Solnca vo vremya solnechnyh vspyshek (sm. Vspyshki na Solnce). S.k.l. registriruyutsya u Zemli v vide vnezapnyh rezkih povyshenii intensivnosti kosmich. luchei na fone galakticheskih kosmicheskih luchei (sm. Kosmicheskie luchi). Poluchennyi iz nablyudenii verhnii predel energii chastic S.k.l. $E_K\approx 2\cdot 10^{10}$ eV. Nizhnyaya granica ih energii neopredelenna (E_K < 10⁶ eV). Vo vremya nekotoryh vspyshek ona opuskaetsya nizhe 10⁵ eV, t.e., po sushestvu, smykaetsya s verhnei granicei energii chastic solnechnogo vetra. Uslovno prinyatyi nizhnii predel energii S.k.l. sostavlyaet 10⁵-10⁶ eV. Pri men'shih energiyah potok chastic priobretaet sv-va plazmy, dlya k-roi uzhe nel'zya prenebregat' el.-magn. vzaimodeistviem chastic mezhdu soboi i s mezhplanetnym magn. polem.

Osn. dolyu S.k.l. sostavlyayut protony s E_K > 10⁶ eV, imeyutsya takzhe yadra s zaryadom $Z\ge 2$ (vplot' do yader ²⁸Ni) i energiei E_K ot 0,1 do 100 MeV/nuklon, elektrony s $E_K\ge 30$ keV (eksperimental'nyi predel). Zaregistrirovany zametnye potoki deitronov ²H, ustanovleno nalichie tritiya ³H i osn. izotopov C, O, Ne i Ar. V nek-ryh vspyshkah generiruetsya znachit. kolichestvo yader izotopa ³He. Otnositel'noe soderzhanie yader s $Z\ge 2$ v osnovnom otrazhaet sostav solnechnoi atmosfery, togda kak dolya protonov menyaetsya ot vspyshki k vspyshke.

Ris. 1. Vremennoi profil'
potoka solnechnyh kosmicheskih
luchei ot vspyshki 22 noyabrya
1977 g. po nablyudeniyam na
stancii Apatity. Vozrastanie
potoka kosmicheskih luchei
imelo amplitudu $\approx 125$ %,
bylo kratkovremennym i
otlichalos' sil'noi
anizotropiei potoka
solnechnyh protonov u Zemli.

Kompleks yavlenii (processov), predshestvuyushih momentu t₀ generacii S.k.l., a takzhe processov, proishodyashih vblizi momenta t₀ (soputstvuyushie effekty) i soprovozhdayushih generaciyu S.k.l. (s zapazdyvaniem T otnositel'no momenta t₀ ili $t_0 + \Delta t$ , gde $\Delta t$ - dlitel'nost' uskoreniya), naz. solnechnym protopnym sobytiem (SPS). Dlya chastic s energiei E_K > 10⁸ eV vremennaya zavisimost' intensivnosti potoka S.k.l. u Zemli (vremennoi profil' SPS) imeet harakternyi vid nesimmetrichnoi krivoi s ochen' bystrym (minuty - desyatki minut) narastaniem i bolee medlennym (ot nesk. chasov do $\approx 1$ sut) spadom (ris. 1). Pri etom amplituda vozrastaniya na poverhnosti Zemli mozhet dostigat' soten i tysyach % po otnosheniyu k fonovomu potoku glaktich. kosmich. luchei. Samoe moshnoe SPS za vsyu istoriyu ih nablyudenii (s 1942 g.) zaregistrirovano 23 fevralya 1956 g. (>4500%). Menee intensivnye SPS s uvelicheniem potoka S.k.l. na >1% nablyudayutsya chashe. S fevralya 1942 g. po fevral' 1984 g. na poverhnosti Zemli bylo zafiksirovano 34 podobnyh sluchaya (ris. 20. Po mere udaleniya ot poverhnosti Zemli (v stratosfere, na orbitah ISZ i v mezhplanetnom prostranstve) energetich. porog registracii S.k.l. postepenno snizhaetsya , a chastota nablyudaemyh protonnyh sobytii znachitel'no uvelichivaetsya. Pri etom vremennoi profil' SPS, kak pravilo, rastyagivaetsya na neskol'ko desyatkov chasov.

Raspredelenie S.k.l. po energiyam i zaryadam u Zemli opredelyaetsya mehanizmom uskoreniya chastic v istochnike (solnechnaya vspyshka), osobennostyami ih vyhoda iz oblasti uskoreniya i usloviyami rasprostraneniya v mezhplanetnoi srede. Forma spektra S.k.l. v istochnike vo vsem diapazone ih energii poka nadezhno ne ustanovlena. Po-vidimomu, ona neodinakova v razlichnyh intervalah energii: pri opisanii differencial'nogo energetich. spektra stepennoi f-ciei $\sim E_K^{\gamma}$ pokazatel' $\gamma$ po mere umen'sheniya energii umen'shaetsya (spektr stanovitsya bolee pologim). V mezhplanetnyh magn. polyahspektr zametno transformiruetsya so vremenem (znachenie $\gamma$ uvelichivaetsya), no ostaetsya kruto padayushim, t.e. chislo chastic bystro umen'shaetsya s rostom energii. Pokazatel' spektra v istonike mozhet menyatsya ot sobytiya k sobytiyu v predelah $2<\gamma<5$ v zavisimosti ot moshnosti SPS i rassmatrivaemogo intervala energii, a u Zemli - sootvetstvenno v predelah $2<\gamma<7$ .

Ris. 2. Variacii chastoty solnechnyh protonnyh sobytii,
nablyudaemyh na poverhnosti Zemli, v zavisimosti ot urovnya
solnechnoi aktivnosti, vyrazhennoi v chislah Vol'fa W (W -
srednegodovoe chislo solnechnyh pyaten). Bol'shinstvo protonnyh
sobytii, zaregistrirovannyh v 1942-84 gg. na poverhnosti Zemli,
proizoshli v periody rosta ili spada aktivnosti v 11-letnem
solnechnom cikle.

Polnoe chislo uskorennyh protonov, vyshedshih v mezhplanetnoe prostranstvo vo vremya moshnogo SPS, mozhet prevyshat' 10³², a ih summarnaya energiya >10³¹ erg, chto sravnimo s energiei el.-magn. izlucheniya vspyshki. Vysota, na k-roi proishodit uskorenie chastic v atmosfere Solnca, po-vidimomu, neodinakova dlya raznyh vspyshek: v odnih sluchayah oblast' uskoreniya (istochnik) nahoditsya v korone, pri koncentracii chastic plazmy n ~ 10¹¹ sm^-3, v drugih - v hromosfere, gde n ~ 10¹³ sm^-3. Na vyhod S.k.l. za predely solnechnoi atmosfery sushestvenno vliyaet konfiguraciya magn. polei v korone.

Uskorenie chastic tesno svyazano s mehanizmom vozniknoveniya i razvitiya samih solnechnyh vspyshek. Osn. istochnikom energii vspyshki yavl. magn. pole. Pri ego izmeneniyah voznikayut elektrich. polya, k-rye i uskoryayut zaryazhennye chasticy. Naibolee veroyatnymi mehanizmami uskoreniya chastic vo vspyshkah prinyato schitat' elektromagnitnye. Chasticy kosmich. luchei s zaryadom Ze, massoi Am_p i skorost'yu v v el.-magn. polyah prinyato harakterizovat' magn. zhestkost'yu R=Am_p cv/Ze, gde A - atomnyi nomer elementa. Pri uskorenii kvaziregulyarnym elektricheskim polem, voznikayushem pri razryve neitral'nogo tokovogo sloya vo vspyshke, v process uskoreniya vovlekayutsya vse chasticy goryachei plazmy iz oblasti razryva. Pri etom formiruetsya spektr S.k.l. vida ~ exp(-R/R₀), gde R₀ - harakteristich. zhestkost'. Esli magn. pole v oblasti vspyshki menyaetsya regulyarnym obrazom (napr., rastet so vremenem po opredelennomu zakonu), to vozmozhen effekt betatronnogo uskoreniya. Takoi mehanizm privodit k stepennomu spektru po zhestkostyam ( $\sim R^{-\gamma}$ ). V sil'no turbulizirovannoi plazme solnechnoi atmosfery (sm. Plazmennaya turbulentnost') voznikayut takzhe neregulyarno menyayushiesya elektrich. i magn. polya, k-rye privodyat k stohasticheskomu uskoreniyu. Naibolee detal'no razrabotan mehanizm statistich. uskoreniya pri stolknoveniyah chastic s magn. neodnorodnostyami (mehanizm Fermi). Etot mehanizm daet energetich. spektr vida $\sim E_K^{\gamma}$ .

V usloviyah vspyshki osn. rol' dolzhny igrat' bystrye (regulyarnye) mehanizmy uskoreniya, hotya teoriya dopuskaet i al'ternativnuyu vozmozhnost' - medlennoe (stohasticheskoe) uskorenie. Iz-za slozhnosti fiz. kartiny vspyshek i nedostatochnosti tochnosti nablyudenii sdelat' vybor mezhdu razlichnymi mehanizmami trudno. Vmeste s tem nablyudeniya i teoretich. analiz pokazyvayut, chto vo vspyshke mozhet rabotat' nek-raya kombinaciya mehanizmov uskoreniya. Principial'no vazhnuyu informaciyu o processah uskoreniya S.k.l. dayut registraciya neitronov i gamma-izlucheniya vspyshek, a takzhe nablyudeniya el.-magn. izlucheniya v rentg., radio- i dr. diapazonah. Dannye ob etih izlucheniyah, poluchennye s pomosh'yu KA, svidetel'stvuyut v pol'zu bytrogo uskoreniya S.k.l. (sekundy).

Pokidaya oblast' uskoreniya, chasticy S.k.l. v techenie mnogih chasov bluzhdayut v mezhplanetnom magn. pole, rasseivayas' na ego neodnorodnostyah, i postepenno uhodyat k krayam Solnechnoi sistemy. Chast' iz nih vtorgaetsya v atmosferu Zemli, vyzyvaya dopolnitel'nuyu ionizaciyu gazov atmosfery (v osnovnom v oblasti polyarnyh shapok). Dostatochno intensivnye potoki S.k.l. mogut zametno opustoshat' ozonnyi sloi atmosfery. Tem samym S.k.l. igrayut aktivnuyu rol' v sisteme solnechno-zemnyh svyazei.

Moshnye potoki bystryh chastic v period solnechnyh vspyshek mogut sozdavat' ser'eznuyu opasnost' dlya ekipazhei, solnechnyh batarei i elektronnogo oborudovaniya KA v mezhplanetnom prostranstve. Ustanovleno, chto naibol'shii vklad v summarnuyu dozu vnosyat solnechnye protony s energiei $2\cdot 10^7-5\cdot 10^8$ eV. Chasticy men'shih energii effektivno pogloshayutsya obshivkoi KA. Otnositel'no nebol'shie SPS dayut maks. potok protonov s energiei $E_K\ge 10^8$ eV ne vyshe 10²-10³ sm^-2s^-1, chto sravnimo s potokom protonov vo vnutr. radiacionnom poyase Zemli. Maks. potok protonov s $E_K\ge 10^8$ eV ot naibolee moshnogo SPS 23 fevralya 1956 g. sostavil $5\cdot 10^3$ sm^-2s^-1, a dlya protonov s $E_K\ge 3\cdot 10^7$ eV - ok. $6,2\cdot 10^3$ sm^-2s^-1. Znacheniya maks. potokov protonov vo vremya moshnyh SPS rastut po mere umen'sheniya energii. Tak, 4 avgusta 1972 g. potok protonov s $E_K\ge 5\cdot 10^6$ eV prevyshal $5\cdot 10^5$ sm^-2s^-1. Moshnye SPS proishodyat ne chashe odnogo v nesk. let, tak chto kosmich. polety maloi dlitel'nosti otnositel'no bezopasny. Dlya obespecheniya radiac. bezopasnosti KA problema prognozirovaniya solnechnoh vspyshek ostaetsya ochenb aktual'noi, no, po-vidimomu, eshe dalekoi ot razresheniya. Bolee obnadezhivayushie rezul'taty dostignuty v diagnostike SPS, t.e. v kolichestv. ocenke ozhidaemyh harakteristik S.k.l. po dannym ob el.-magn. izluchenii vspyshek. Eti rezul'taty vazhny, v chastnosti, dlya prognoza i ocenki geofiz. effektov S.k.l.

Lit.:
Miroshnichenko L.I., Kosmicheskie luchi v mezhplanetnom prostranstve, M., 1973; Grigor'ev Yu.G., Radiacionnaya bezopasnost' komicheskih poletov, M., 1975; Problemy solnechnoi aktivnosti i kosmicheskaya sistema "Prognoz". [Sb. st.], M., 1977; Miroshnichenko L.I., Petrov V.M., Dinamika radiacionnyh uslovii v kosmose, M., 1985.

(L.I. Miroshnichenko)

L. I. Miroshnichenko, "Fizika Kosmosa", 1986
Glossarii Astronet.ru

L | R | A | B | V | G | D | E | Zh | Z | I | ' | K | L | M | N | O | P | R | S | T | U | F | H | C | Ch | Sh | Sh | E | Yu | Ya

Obsudit' etu publikaciyu

Versiya dlya pechati