Солнечный ветер
сленных процессов 1,0078 г водорода переходит в 1,0000 г гелия, а
оставшаяся масса переходит кинетическую энергию частиц и энергию радиации.
Скорость выделения энергии в ходе реакций протон – протонного цикла
определяется выражением:
[pic]
где ( - плотность солнечного вещества, Х – относительное содержание в нем
ядер водорода и Т – температура. Принимая во внимание, что как плотность
вещества, так и его температура возрастают к центру Солнца, можно сказать,
что около 99% солнечной энергии генерируется в ядре Солнца с радиусом
Rc=0.25Ro.
Известно, что в звездах типа Солнца теплопроводность играет
незначительную роль, так что произведенная в недрах Солнца энергия
передается к его поверхности в основном путем радиационного переноса, то
есть в результате ее поглощения и последующего переизлучения [10] .
Однако радиационный перенос солнечной энергии становится
малоэффективным в верхних слоях Солнца. Дело в том, что по мере уменьшения
температуры солнечного вещества степень его ионизации уменьшается и
присутствие в нем нейтральных атомов водорода заметно снижает его
прозрачность. Это, в свою очередь, приводит к еще более быстрому уменьшению
температуры Солнца с расстоянием от центра, вследствие чего любой
элементарный объем солнечного вещества, всплывающий из недр Солнца,
обладает большей температурой меньшей плотностью, чем окружающая плазма,
что приводит к развитию так называемой конвективной неустойчивости. Условия
ее возбуждения уверенно выполняются в поверхностных слоях Солнца r > 0.86Ro
[10], где энергия переносится главным образом в форме тепловой энергии
плазмы, заключенной в элементах вещества, поднимающихся из недр Солнца.
Развитие интенсивной турбулентности в поверхностных слоях Солнца не только
обеспечивает перенос энергии к его поверхности, но и приводит к развитию
явлений, играющих ключевую роль в солнечно-земной физике. Прежде всего
развитие конвективной турбулентности в плазме сопровождается генерацией
интенсивных магнитозвуковых волн. Распространяясь в атмосфере Солнца, где
плотность плазмы быстро уменьшается с высотой, звуковые волны
трансформируются в ударные. Они эффективно поглощаются веществом, в
результате чего температура последнего увеличивается, достигая величины (1-
3) 106 в солнечной короне. При этом значительная часть протонов в короне
Солнца не может удерживаться его гравитационным полем, что приводит в
непрерывному расширению короны в космическое пространство, то есть к
генерации солнечного ветра.
Высокоскоростной солнечный ветер.
Как видно из данных, представленных в табл.1, высокоскоростной ветер
характеризуется повышенной скоростью (около 700 км/с), пониженной
плотностью плазмы (n=4 см-3) и повышенной ионной температурой. Однако,
прежде чем обсуждать возможные источники этих потоков, напомним, что
существуют по меньшей мере два рода таких потоков: рекуррентные и
магнитные.
Рекуррентные потоки.
Рекуррентные потоки высокоскоростного солнечного ветра отличаются
прежде всего тем, что существуют в течение многих месяцев, регулярно
появляясь в окрестностях Земли примерно через 27 дней (период оборота
Солнца), что свидетельствует об относительно большом времени жизни их
источников. В течение многих лет происхождение этих потоков оставалось
загадкой, поскольку им не соответствовали какие-либо видимые особенности на
поверхности Солнца. Однако в настоящее время можно считать доказанным, что
обсуждаемые потоки зарождаются на Солнце в области так называемых дыр.
Корональные дыры отчетливо видны на фотографиях солнца, полученных с
космических аппаратов, в рентгеновском и крайнем ультрафиолетовым
диапазонах солнечного излучения. (см.рис.6.), где они фиксируются как
обширные области пониженной (в несколько раз) интенсивности излучения,
простирающиеся от полярных широт до экватора или даже в противоположное
полушарие. Протяженность корональных дыр по долготе составляет 30о-90о.
Соответственно время прохождения корональной дыры через центральный
меридиан Солнца (вследствие вращения последнего) составляет 4 – 6 суток,
что вполне согласуется с длительностью существования соответствующих
высокоскоростных потоков в окрестностях Земли [9]. Пониженная интенсивность
рентгеновского излучения в области корональных дыр может определяться как
пониженной плотностью плазмы в этих областях, так и ее пониженной
температурой. Действительно, наземные наблюдения короны во время солнечных
затмений показывают, что в короне существуют, особенно в высоких широтах,
области с относительно низкой плотностью плазмы. В то же время и
температура плазмы в области корональных дыр составляет около 0,8*106 К,
что существенно ниже температуры спокойной короны и плотность плазмы в
корональной дыре составляет 0,25 плотности спокойной короны.
Таким образом, корональные дыры действительно представляют собой
области пониженной плотности и температуры плазмы. Чем вызываются указанные
особенности короны в этих областях, не совсем ясно. В связи с этим обращает
на себя внимание то, что корональные дыры, как правило, совпадают с
областями униполярного магнитного поля с квазирадиальными или слегка
расходящимися силовыми линиями [11]. Открытые силовые линии магнитного поля
не препятствуют радиальному расширению корональной плазмы, что может
объяснить пониженную плотность последней в области дыр и увеличение
скорости генерируемого в них солнечного ветра. Вместе с тем увеличение
скорости солнечного ветра, обусловленное благоприятной конфигурацией
силовых линий магнитного поля, не может компенсировать ее уменьшения,
связанного с низкой температурой плазмы в рассматриваемых областях и для
объяснения появления высокоскоростных потоков приходится предположить
наличие в корональных дырах мощного источника МГД – волн. К сожалению,
прямых подтверждений существования таких волн в области корональных дыр
пока не получено.
Спорадические высокоскоростные потоки.
Второй тип высокоскоростных потоков в солнечном ветре – это кратковременные
(время пробега мимо Земли t=1 – 2 суток), часто чрезвычайно интенсивные
(скорость солнечного ветра до 1200 км/с) потоки, имеющие весьма большую
долготную протяженность. Двигаясь в межпланетном пространстве, заполненным
плазмой относительно медленного спокойного солнечного ветра,
высокоскоростной поток как бы сгребает эту плазму, в результате чего перед
его фронтом образуется движущаяся вместе с ним отошедшая ударная волна.
Пространство между фронтом потока и фронтом отошедшей ударной волны
заполнено плотной (несколько десятков частиц в 1 см3) и горячей плазмой.
Ранее предполагалось, что спорадические потоки в солнечном потоке
обусловлены солнечными вспышками [9] и подобными явлениями. Однако в
последнее время мнение на этот счет изменилось, и большинство
исследователей, в особенности зарубежных, придерживается точки зрения,
согласно которой спорадические высокоскоростные потоки в солнечном ветре
обусловлены так называемыми выбросами.
Корональные выбросы, наиболее отчетливо наблюдаемые вблизи лимба
Солнца, представляют собой некоторые относительно протяженные плазменные
образования, движущиеся в короне Солнца вверх от ее основания. Вывод о том,
что спорадические потоки в солнечном ветре связаны именно с корональными
выбросами (или СМЕ), а не со вспышками, основан на следующих
экспериментальных фактах:
1. Несмотря на статически значимую связь между спорадическими потоками и
солнечными вспышками, однозначная связь между ними отсутствует, то есть,
с одной стороны, наблюдаются вспышки, не вызывающие ударных волн, и, с
другой – наблюдаются высокоскоростные потоки, не предваряемые вспышками.
2. Солнечные вспышки непосредственно не связаны с корональными выбросами.
Связь между межпланетными ударными волнами, корональными выбросами и
солнечными вспышками детально исследовалась N.Sheeley и др. (1985),
которые, в частности, показали, что 72% ударных волн, наблюдающихся на
борту космического аппарата "Helios -1", были связаны с большими
низкоширотными корональными выбросами. В то же время лишь 52% тех же
ударных волн были связаны с солнечными вспышками.
В результате подробного анализа этих данных удалось показать [12,13],
что если исключить из списка ударные волны, наблюдаемые за лимбом Солнца,
то число волн, связанных со вспышками, возрастает до 85%, то есть, связь
ударных волн со вспышками оказывается ничуть не хуже, чем с корональными
выбросами. Кроме того, как показали Harrison и др.(1990), корональные
выбросы (со скоростью порядка 1000 км/с), с которыми обычно связана
межпланетная ударная волна, начинают свое движение в короне одновременно с
началом вспышки.
Таким образом, вывод о непричастности солнечных вспышек к
межпланетным ударным волнам представляется не совсем убедительным, и мы по-
прежнему будем считать солнечные вспышки одним из основных источников
высокоскоростных потоков в солнечном ветре.
Что касается механизма генерации самих вспышек (и, естественно,
связанных с ними потоков), то наиболее популярной в настоящее время
является предложенная в 1964 году Петчеком модель вспышки, основанная на
| |  скачать работу |
Солнечный ветер |
