Vspyshki na Solnce

VSPYShKI NA SOLNCE predstavlyayut soboi samoe moshnoe iz vseh proyavlenii solnechnoi aktivnosti. Energiya bol'shoi solnechnoi vspyshki dostigaet 10³² erg, chto priblizitel'no v 100 raz prevyshaet teplovuyu energiyu, k-ruyu mozhno bylo by poluchit' pri szhiganii vseh razvedannyh na Zemle zapasov nefti i uglya. Eta gigantskaya energiya vydelyaetsya na Solnce za nesk. min. i sootvetstvuet srednei za etot period moshnosti ~ 10²⁹ erg/s. V otdel'nye momenty vremeni, v chastnosti vo vremya vzryvnoi, ili impul'snoi, fazy razvitiya, moshnost' mozhet byt' eshe v nesk. raz bol'she. Odnako, kak legko zametit', moshnost' vspyshki ne prevyshaet sotyh dolei procenta ot moshnosti polnogo izlucheniya Solnca ~4^.10³³ erg/s (sm. Solnechnaya postoyannaya). Poetomu pri vspyshke ne proishodit zametnogo uvelicheniya svetimosti Solnca. Lish' samye bol'shie V. na S. mozhno zametit' v belom svete (optich. kontinuume). Obychno V. na S. nablyudayutsya kak znachit. uvelicheniya yarkosti uchastkov poverhnosti Solnca v svete hromosfernyh linii (sm. Solnechnaya hromosfera), v chastnosti v linii vodoroda N_a. Kak sledstvie etogo fakta, na protyazhenii mnogih let shiroko ispol'zovalsya termin "hromosfernaya vspyshka", k-ryi, odnako, ne sootvetstvuet sushnosti etogo interesneishego yavleniya v atmosfere Solnca.

Harakternaya osobennost' V. na S. sostoit v tom, chto osn. chast' ee energii vydelyaetsya v vide kinetich. energii vybrosov veshestva, dvizhushihsya v korone i mezhplanetnom prostranstve so skorostyami do 1000 km/s, energii zhestkogo el.-magn. izlucheniya i potokov uskorennyh do gigantskih energii (inogda desyatki GeV) chastic (sm. tabl.). Radioizluchenie vspyshki, v otlichie ot izlucheniya spokoinogo Solnca (sm. Radioizluchenie Solnca), takzhe svidetel'stvuet o nalichii uskorennyh chastic i o neteplovom haraktere glavnogo vspyshechnogo processa ili, kak chasto govoryat, mehanizma vspyshki.

Harakternye znacheniya polnoi energii e (erg) i moshnosti F (erg^.s^-1), vydelyaemyh v razlichnyh kanalah dlya bol'shih i malyh solnechnyh vspyshek

Izluchenie V. na S. nablyudaetsya v shirokom diapazone - ot kilometrovyh radiovoln do zhestkih gamma-luchei - s pomosh'yu nazemnyh, sputnikovyh i mezhplanetnyh stancii. Odnovremenno osushestvlyaetsya neposredstv. detektirovanie uskorennyh vo vspyshkah elektronov, protonov, yader bolee tyazhelyh elementov i vybrasyvaemoi v mezhplanetnoe prostranstvo plazmy, a takzhe vtorichnyh ionosfernyh i geomagn. effektov.

Issledovanie V. na S. imeet i pryamoe praktich. znachenie. Izvestno, chto V. na S. okazyvayut sil'noe vozdeistvie na ionosferu, vyzyvaya narusheniya radiosvyazi, raboty radionavigac. ustroistv i t. d. Vspyshki sushestvenno vliyayut na sostoyanie okolozemnogo kosmich. prostranstva. V svyazi s pilotiruemymi kosmich. poletami voznikla ser'eznaya zadacha zashity kosmonavtov ot ioniziruyushego izlucheniya vspyshek i zablagovrem. prognozirovaniya vozmozhnoi radiac. opasnosti. Nakonec, imeyutsya svidetel'stva sil'nogo vliyaniya vspyshechnoi aktivnosti na pogodu i sostoyanie biosfery Zemli (sm. Solnechno-zemnye svyazi).

Ris.1 Vspyshka na Solnce.

Na protyazhenii mnogih desyatiletii nablyudeniya V. na S. velis' tol'ko v vidimom diapazone el.-magn. izlucheniya, gl. obr. v linii N_a. Nakoplennyi za eto vremya ogromnyi material pozvolil ustanovit' zakonomernosti razvitiya vspyshki v hromosfere i, chto osobenno vazhno dlya ponimaniya mehanizma vspyshki, ee tesnuyu svyaz' s magn. polyami na poverhnosti Solnca. Obychno bol'shaya vspyshka nablyudaetsya kak uvelichenie yarkosti hromosfery, k-roe ohvatyvaet bol'shuyu ploshad' (inogda do 10^-3 ploshadi vidimoi polusfery Solnca) v vide dvuh vspyshechnyh lent (ris. 1). Kak pravilo, eti lenty raspolozheny v oblastyah magn. polei protivopolozhnoi polyarnosti na fotosfere. Uzhe pervye vneatmosfernye nablyudeniya na raketah i sputnikah pokazali, chto V. na S., esli imet' v vidu ee glavnyi process, predstavlyayut soboi specificheski koronal'noe, a ne hromosfernoe yavlenie. Eto sleduet uzhe iz otnositel'no sil'nogo rentg. i UF-izlucheniya vspyshki (sm. tabl.). Optich. izluchenie V. na S., skoree vsego, voznikaet kak vtorichnyi effekt vdali ot serdceviny vspyshki, tochnee govorya, v osnovaniyah petel', dayushih rentg. i UF-izluchenie. Petli obrazuyut svoeobraznye arkady i, po-vidimomu, yavl. naibolee zametnoi nablyudaemoi chast'yu istochnika energii vspyshki.. T. o., N_a-izluchenie, k-roe bylo istoricheski vybrano v kachestve pervonachal'nogo priznaka i polozheno v osnovu klassifikacii V. na S., predstavlyaet soboi lish' pobochnoe yavlenie.

Ris. 2. Model' magnitnogo polya chetyreh pyaten poparno protivopolozhnoi polyarnosti. Magnitnye potoki razdeleny poverhnost'yu, sostoyashei iz dvuh kupolov. Predel'naya silovaya liniya yavlyaetsya obshei dlya etih potokov (zhirnaya liniya). Ona spuskaetsya k fotosfere v nulevyh tochkah X1 i X2. Punktir - neitral'naya liniya fotosfernogo magnitnogo polya.

Ris. 3. Formirovanie tokovogo sloya na nulevoi linii magnitnogo polya: a - silovye linii magnitnogo polya v okrestnosti nulevoi linii H-tipa, kotoraya perpendikulyarna ploskosti risunka; E - elektricheskoe pole, napravlennoe vdol' nulevoi linii; b - tokovyi sloi (zhirnaya liniya), obrazuyushiisya na nulevoi linii.

Sovr. nablyudeniya i baziruyushiesya na nih teoretich. modeli svidetel'stvuyut v pol'zu predpolozheniya, chto glavnyi vspyshechnyi process obuslovlen nakopleniem i posleduyushim bystrym vydeleniem svobodnoi magn. energii v verhnei hromosfere i nizhnei korone. Pod svobodnoi zdes' ponimaetsya magn. energiya, izbytochnaya po sravneniyu s energiei potencial'nogo (magn. pole potencial'no vne oblasti, zanyatoi ego istochnikami) magn. polya, imeyushego te zhe istochniki (solnechnye pyatna, fonovye magn. polya) v fotosfere. Inymi slovami, svobodnaya energiya aktivnoi oblasti svyazana s tokami, tekushimi v atmosfere Solnca nad urovnem fotosfery (eto est' energiya vzaimodeistviya tokov s magn. polem), a process vspyshki est' process bystrogo izmeneniya etih tokov. Vozniknovenie izbytka magn. energii (i porozhdayushih ego tokov nad fotosferoi) mozhet osushestvlyat'sya razlichnymi putyami. Vozmozhen, napr., takoi. Medlennye dvizheniya istochnikov (tokov) pod fotosferoi nepreryvno izmenyayut potencial'noe magn. pole v atmosfere Solnca. V nek-ryi moment ono mozhet stat' dostatochno slozhnym - v nem mozhet poyavit'sya t. n. predel'naya silovaya liniya. Ona yavl. obshei dlya nesk. nezavisimyh magn. potokov (ris. 2). Cherez predel'nuyu liniyu proishodit pereraspredelenie magn. potokov, k-roe neobhodimo dlya togo, chtoby magn. pole imelo naimen'shuyu energiyu, t. e. ostavalos' potencial'nym pri izmenenii ego istochnikov na fotosfere. Odnako s momenta poyavleniya takoi linii elektrich. pole, induciruemoe izmeneniyami magn. polya, vyzyvaet vdol' nee tok. Poslednii iz-za vzaimodeistviya s magn. polem prinimaet formu tokovogo sloya (ris. 3). V usloviyah vysokoi provodimosti solnechnoi plazmy tokovyi sloi prepyatstvuet pereraspredeleniyu magn. potoyaov. V rezul'tate v verhnei hromosfere i korone proishodit nakoplenie energii v vide magn. energii tokovogo sloya.

Trem stadiyam razvitiya tokovogo sloya v ramkah modeli, predlozhennoi sovetskim astrofizikom S. I. Syrovatskim, mozhno postavit' v sootvetstvie tri fazy V. na S.: nachal'nuyu, vzryvnuyu i goryachuyu.

Ris. 4. Stadii razvitiya tokovogo sloya (zhirnaya liniya) v atmosfere Solnca. Sploshnye linii - magnitnoe pole polyusov N, N1, N2, S, shtrihovye - dvizhenie plazmy s vmorozhennym magnitnym polem: a - kvazistacionarnyi predvspyshechnyi tokovyi sloi s kulonovskoi provodimost'yu; b - bystraya perestroika (razryv) tokovogo sloya - vzryvnaya faza vspyshki; v - kvazistacionarnoe magnitnoe peresoedinenie v oblasti anomal'nogo soprotivleniya - goryachaya faza vspyshki.

Nachal'naya faza - sravnitel'no dlitel'naya (chasy ili dazhe desyatki chasov) stadiya vozniknoveniya i formirovaniya (rasshireniya) tokovogo sloya. Na etoi stadii, po-vidimomu, preobladaet dzhoulev nagrev plazmy tokom v sloe. V principe, na etoi stadii vozmozhno ustanovlenie kvazistacionarnogo rezhima, kogda shirina sloya uvelichivaetsya nastol'ko, chto skorost' dissipacii magn. polya v nem ostanavlivaet dal'neishii rost magn. energii, a dzhoulev nagrev plazmy v sloe okazyvaetsya uravnoveshennym; poteryami energii na izluchenie (ris. 4,a). Cherez nek-roe vremya iz-za deistviya ryada neustoichivostei takoi balans energii narushaetsya, i nachinaetsya sushestvenno nestacionarnaya stadiya razvitiya tokovogo sloya.

Ris. 5. Deistvie magnitnogo polya na tokovyi sloi v oblasti anomal'nogo soprotivleniya. Silovye linii magnitnogo polya, pronikaya vnutr' sloya, priobretayut formu petel', kotorye, podobno uprugim nityam, stremyatsya razorvat' tokovyi sloi. Zhirnye strelki - napravleniya vybrosa plazmy.

Vzryvnaya faza predstavlyaeg naibol'shii interes, poskol'ku za korotkoe vremya (sekundy - desyatki sekund) pri razryve tokovogo sloya vydelyaetsya ogromnaya energiya, zapasennaya v ego magn. pole. Eta energiya vydelyaetsya v vide energii gidrodinamich. techenii (razryv sloya soprovozhdaetsya bystrymi dvizheniyami plazmy), moshnyh potokov tepla iz oblasti razryva tokovogo sloya i v vide energii uskorennyh chastic. Prichinoi razryva tokovogo sloya yavl., vozmozhno, teplovaya neustoichivost', k-raya privodit k cepochke kinetich. yavlenii: bystromu nagrevu elektronov plazmy, vozbuzhdeniyu toi ili inoi plazmennoi neustoichivosti (sm. Neustoichivosti plazmy) i perehodu sloya v turbulentnoe sostoyanie. Pri etom rezko uvelichivaetsya elektrich. soprotivlenie tokovogo sloya (sm. Plazmennaya turbulentnost'). Poyavlenie v nek-roi chasti tokovogo sloya oblasti vysokogo ili anomal'nogo soprotivleniya privodit k bystroi dissipacii toka i, sootvetstvenno,- k proniknoveniyu magn. polya cherez tokovyi sloi. Poslednee yavlenie soprovozhdaetsya peresoedineniem silovyh linii magnitnogo polya (ris. 4,6), v silu chego ono poluchilo nazvanie - magnitnoe peresoedinenie. Voznikaet sil'noe magnitnoe pole poperek tokovogo sloya, kotoroe sozdaet magnitnuyu silu, stremyashuyusya razorvat' tokovyi sloi (ris. 5). Pod deistviem etoi sily plazma vybrasyvaetsya iz oblasti sloya s bol'shoi skorost'yu.

Goryachaya faza vspyshki sootvetstvuet stadii sushestvovaniya vysokotemperaturnoi koronal'noi oblasti magn. peresoedineniya (ris. 4, v, punktir). Zdes' glavnym kanalom vydeleniya energii yavl. dzhoulev nagrev plazmy s anomal'nym soprotivleniem. V ohlazhdenii takogo vysokotemperaturnogo turbulentnogo tokovogo sloya igrayut vazhnuyu rol' nasyshennye teplovye potoki.

Itak, istochnik energii vspyshki -tokovyi sloi - raspolozhen na predel'noi silovoi linii magn. polya v korone. Potoki tepla i uskorennyh chastic rasprostranyayutsya vdol' magn. silovyh linii i vyzyvayut nagrev hromosfery po raznye storony ot neitral'noi linii fotosfernogo magn. polya. Tak obrazuyutsya vspyshechnye "lenty", nablyudaemye v N_a (ris. 1) i dr. hromosfernyh liniyah. Sama neitral'naya liniya fotosfernogo polya ostaetsya temnoi, t. k. potoki energii k nei ne postupayut. Eto obuslovleno tem, chto ona pochti vsegda ne svyazana silovymi liniyami s tokovym sloem.

Nalichie nesk. kanalov osvobozhdeniya energii v tokovom sloe - teplota, izluchenie, gidrodinamich. techeniya plazmy, uskorennye chasticy - opredelyaet bol'shoe mnogoobrazie fiz. processov, vyzyvaemyh V. na S. v atmosfere Solnca, napr, teplovye i udarnye volny, radio- i zhestkoe rentg. izluchenie uskorennyh elektronov, yadernye reakcii i porozhdaemoe imi g-izluchenie. Raznym processam vydeleniya energii sootvetstvuyut razlichnye harakternye vremena i moshnosti, chto naryadu s dr. faktorami (prostranstvennaya neodnorodnost' tokovogo sloya, neodnovremennost' evolyucii razlichnyh ego chastei, konfiguraciya real'nogo magn. polya i t. d.) privodit k slozhnoi kartine V. na S. i ih bogatomu raznoobraziyu.

Lit.: Problemy solnechnoi aktivnosti i kosmicheskaya sistema "Prognoz", pod red. S. N. Vernova, M., 1977; Zirin G., Solnechnaya atmosfera, per. s angl., M., 1969; Syrovatskii S. I., Klyuchevye voprosy teorii vspyshek, "Izv. AN SSSR. Seriya fizich.", 1979, t. 43, 4, s. 695-707; Somov B. V., Syrovatskii S. P., Fizicheskie processy v atmosfere Solnca, vyzyvaemye vspyshkami, "UFN", 1976, t. 120 v. 2, s. 217-57; Somov B. V., Bystroe magnitnoe prisoedinenie i tranzientnye yavleniya s uskoreniem chastic v solnechnoi korone, "Izv. AN SSSR. Seriya fizich.", 1981 t. 45, 4, s. 576-78; Priest E. P., Solar magnetohydrodynamics, Dordrecht - Boston, 1982.

(B.V. Somov)