Вспышки на Солнце и их воздействие на Землю - Физика солнечных явлений

В процессе развития активной области иногда возникают ситуации, при которых возможна быстрая перестройка ("перезамыкание") магнитных полей. Эта перестройка вызывает вспышки, сопровождаемые сложными движениями ионизованного газа, его свечением, ускорением частиц и т. д. Вспышки на Солнце, как правило, наблюдаются вблизи пятен; обычно бывает несколько слабых вспышек за день. Сильные вспышки - весьма редкое явление. Вспышка на С. представляет собой внезапное выделение энергии в верхней хромосфере или нижней короне, генерирующее кратковременное электромагнитное излучение в широком диапазоне длин волн - от жесткого рентгеновского излучения (и даже g-излучения) до километровых радиоволн. Для больших вспышек в рентгеновском диапазоне (энергия фотонов e > 0,5 кэВ) потоки около Земли достигают 0,1 эрг/(см2-с), что в десятки тыс. раз превосходит соответствующее значение потоков от Солнца вне вспышек в этом диапазоне. Мягкое рентгеновское излучение вспышки есть тепловое излучение плазмы, нагретой до ~107K. На изображении С. в мягких рентгеновских лучах в области вспышки выделяется яркое ядро, окруженное диффузным свечением. Ядро - система петель и узлов - располагается между пятнами, в вершинах арок, соединяющих пятна противоположной полярности.

В мощных вспышках наблюдается жесткое рентгеновское излучение в диапазоне энергий от десятков до сотен кэВ. Это излучение регистрируется как серия отдельных импульсов во время жесткой фазы вспышки, предшествующей максимуму излучения. Оно генерируется большим числом электронов, ускоренных при вспышках. В самых мощных, так называемых протонных, вспышках ускоряются и тяжелые частицы, в частности протоны, до энергий в сотни МэВ.

Начало вспышки может быть очень резким, но иногда "взрыву" предшествует несколько минут медленного развития или даже слабая предвспышка. Далее идет собственно взрывная (жесткая, импульсная) фаза, во время которой за 1-3 минуты ускоряются частицы, формируется горячее облако. В ряде вспышек (их называют тепловыми) жесткая фаза отсутствует. После достижения максимальной яркости (например, в мягком рентгеновском излучении через 1-15 минут после начала) процесс горения большой вспышки продолжается еще нескольких часов. На фазе спада характерным является формирование и движение вверх всей системы волокон, многочисленные выбросы плазменных сгустков. Так, при наблюдении вспышки за краем диска заметны массы газа, разлетающиеся из яркого выступа - системы петель - со скоростями, превышающими 100 км/с.

Выделение большой энергии на значительных высотах вызывает в солнечной атмосфере целый ряд вторичных процессов: свечение в различных энергетических диапазонах и газодинамические эффекты. Яркость хромосферы, в частности в линии Нa, увеличивается в наблюдаемых на диске волокнах вспышки в несколько десятков раз. Свечение охватывает площадь вплоть до 10-3 площади видимой полусферы Солнца. Появление этого свечения связано с проникновением от вершины магнитной арки к ее основанию потоков частиц и теплоты. Во время жесткой фазы перед направленным вниз возмущением образуется ударная волна. Нагрев плотных слоев атмосферы приводит к "испарению" большого количества газа, и это способствует длительному существованию плотного горячего плазменного облака. К концу жесткой фазы постепенно формируется направленная наружу ударная волна. Распространяясь со скоростями 1000- 2000 км/с, она вызывает появление радиовсплеска II типа.

При большой вспышке выделяется громадная энергия, ~1031-1032 эрг (мощность ~1029 эрг/с). Она черпается из энергии магнитного поля активной области. Согласно представлениям, которые успешно развиваются с 1960-х гг., при взаимодействии магнитных потоков возникают токовые слои. Развитие плазменной турбулентности в токовом слое может приводить к ускорению частиц, причем существуют триггерные (стартовые) механизмы, приводящие к внезапному развитию процесса.

Рентгеновское излучение и солнечные космические лучи, приходящие от вспышки (рис. 13), вызывают дополнительную ионизацию земной ионосферы, что сказывается на условиях распространения радиоволн. Поток выброшенных при вспышке частиц примерно через сутки достигает орбиты Земли и вызывает на Земле магнитную бурю и полярные сияния.

виды воздействия солнечной вспышки на землю (по д. x. мензелу)

Рис. 13. Виды воздействия солнечной вспышки на Землю (по Д. X. Мензелу)

Помимо корпускулярных потоков, порожденных вспышками, существует непрерывное корпускулярное излучение С. Оно связано с истечением разреженной плазмы из внешних областей солнечной короны в межпланетное пространство - солнечным ветром. Потери вещества за счет солнечного ветра невелики, ? 3.10-14 M_ в год, но он представляет собой основной компонент межпланетной среды.

Солнечный ветер выносит в межпланетное пространство крупномасштабное магнитное поле С.. Вращение С. закручивает линии межпланетного магнитного поля (ММП) в спираль Архимеда, что отчетливо наблюдается в плоскости эклиптики. Поскольку основной особенностью крупномасштабного магнитного поля С. является две околополюсные области противоположной полярности и прилегающие к ним поля, при спокойном С. северная полусфера межпланетного пространства оказывается заполненной полем одного знака, южная - другого (рис. 14). Близ максимума активности из-за смены знака крупномасштабного поля С. происходит переполюсовка этого регулярного магнитного поля межпланетного пространства. Магнитные потоки обоих полушарий разделены токовым слоем. При вращении С. Земля находится несколько дней то выше, то ниже изогнутой "гофрированной" поверхности токового слоя, т. е. попадает в ММП, направленное то к С., то от него. Это явление называется секторной структурой межпланетного магнитного поля.

Близ максимума активности наиболее эффективно воздействуют на атмосферу и магнитосферу Земли потоки частиц, ускоренных при вспышках. На фазе спада активности, к концу 11-летнего цикла активности, при уменьшении числа вспышек и развитии межпланетного токового слоя становятся более существенными стационарные потоки усиленного солнечного ветра. Вращаясь вместе с С., они вызывают повторяющиеся каждые 27 суток геомагнитные возмущения. Эта рекуррентная (повторяющаяся) активность особенно высока для концов циклов с четным номером, когда направление магнитного поля солнечного "диполя" антипараллельно земному.

Похожие статьи




Вспышки на Солнце и их воздействие на Землю - Физика солнечных явлений

Предыдущая | Следующая