Физика Солнца. Часть вторая.

Солнце

Трудно назвать другое явление на Солнце, которое имело бы для геофизики столь же большое значение, как хромосферные вспышки. Внезапные вспышки света, хорошо видимые в спектральных линиях водорода, длящиеся всего десять—двадцать минут, были хорошо известны астрономам еще столетие тому назад. Но истинная природа этих странных явлений, которые иногда захватывают на Солнце площадь в миллиарды квадратных километров, оставалась загадкой. Было только известно, что вспышки бывают на разной высоте над уровнем фотосферы и что одновременно со вспышкой из Солнца вырывается столб раскаленных газов, так называемый протуберанец,— выброс, который со скоростью, иногда доходящей до сотен километров в секунду, взлетает вверх и затем, следуя по тому же пути, падает обратно, в фотосферу.

Прямая связь между вспышками на Солнце и магнитными бурями и полярными сияниями на Земле показала, что вспышки являются источниками потоков заряженных частиц — солнечных корпускул. Магнитные бури и полярные сияния происходят на Земле примерно через 30 часов после вспышки. Это значит, что корпускулы движутся к Земле со скоростью, немного превышающей тысячу километров в секунду. Подходя к Земле, потоки корпускул отклоняются в сторону магнитных полюсов. Поэтому полярные сияния чаще всего происходят над районами, близкими к магнитным полюсам Земли, хотя иногда они бывают видны и на средних широтах.

Кроме потока корпускул, из вспышек выбрасываются так называемые частицы космических лучей. Эти частицы, движущиеся со скоростями, близкими к скорости света, покидают Солнце немного позже времени максимума вспышки. Когда эти частицы достигают Земли, то уровень космического излучения значительно повышается. Это было обнаружено впервые во время хромосферной вспышки 28 февраля 1942 года.

Одновременно с появлением вспышки на Солнце резко усиливается ионизация газа в верхних слоях атмосферы (в ионосфере) Земли. При этом ухудшаются условия для отражения от ионосферы и радиоволн, обычно используемых для радиопередач. Часто радиосвязь на больших расстояниях полностью прерывается. Это явление называется эффектом Деллинджера (по имени впервые открывшего его ученого).

До недавнего времени считалось, что повышенная во время вспышек ионизация газов в ионосфере вызывается ультрафиолетовым излучением вспышек. Однако специальные измерения, произведенные в последнее время при помощи геофизических ракет, которые запускались в ионосферу, убеждают нас в том, что главной причиной этого явления служит не ультрафиолетовое, а рентгеновское излучение вспышек. Что касается ультрафиолетового излучения, то оно, несомненно, тоже увеличивается во время вспышек, хотя и не столь сильно, как считалось до сих пор. (К слову можно ли было бы создать систему коммерческого учета газа, излучаемого Солнцем?)

Итак, вспышки представляют собой загадочные процессы на Солнце, во время которых образуется космическое и корпускулярное излучение частиц, рентгеновская и ультрафиолетовая жесткая радиация. В какой-то мере вспышки можно уподобить взрывам атомных и водородных бомб, во время которых образуются как жесткая радиация, так и потоки быстрых частиц. Поэтому иногда вспышки называют взрывами на Солнце.

Что же представляют собой вспышки? По спектрограммам вспышек ученые определили, что в тех местах, где ярко светится водород, температура сравнительно невысока — около 10 тысяч градусов, а в то же время плотность газа значительна. В тех же местах, где в спектре появляются линии металлов, плотность еще выше, чем в зонах свечения водорода. Там плотность почти такая же, как в фотосфере, а температура не превышает 5 тысяч градусов.

Следовательно, там, где видна вспышка, нет никаких особых условий, благоприятствующих образованию потоков быстрых частиц и рентгеновского излучения. И лишь некоторое усиление ультрафиолетового излучения Солнца оказалось возможным объяснить появлением вспышки. Наиболее сильные линии водорода расположены в невидимом ультрафиолетовом конце спектра. Если ярко светятся линии водорода в видимых лучах, то тем более мощным должно быть его излучение в ультрафиолетовом участке спектра. Теоретические расчеты А. Б. Северного подтверждали этот вывод.

Вместе с тем, однако, 10 мая 1951 года впервые удалось наблюдать появление из вспышки потока корпускул. Над вспышкой поднялся большой саблевидный протуберанец. Скорость подъема его была исключительно велика, она составляла 400 километров в секунду. Внутри же этого гигантского протуберанца появилась особенно ярко светящаяся область, которая устремилась вверх со скоростью 800 километров в секунду. Несомненно, что эта область светилась потому, что там прорывался сквозь протуберанец поток быстрых корпускул. В самой же вспышке ничего особенного не произошло.

Обстоятельства стали еще более загадочными, когда многочисленными наблюдениями в США (обсерватория Клаймакс) было доказано, что газ в хромосферных вспышках струится вниз, в фотосферу, хотя область, занятая вспышкой, растет в высоту. Часто вспышка принимает вид так называемого петлеобразного протуберанца, в котором газ течет вниз по обеим ветвям петли. Этот процесс длится в течение всего времени существования вспышки. Газ как бы внезапно появляется из окружающего вспышку пространства и падает в фотосферу.

Откуда же берется этот газ? В ответе на этот вопрос мы находим и разрешение загадки вспышек.

ПРИРОДА ВСПЫШЕК

Вспышка, как показывают работы Робертса, всегда окружена сгущением очень горячего газа — газа солнечной короны (или корональной конденсацией). Температура в короне в среднем близка к миллиону градусов. В отдельных местах она ниже и составляет всего несколько сот тысяч градусов, в других местах — выше. В короне плавают и «холодные» образования — протуберанцы, температура в отдельных частях которых не превышает 5 тысяч градусов. Недавно в короне обнаружены и очень разреженные «холодные» облака. Они были замечены супругами М. Н. и Р. С. Гневышевыми на Горной астрономической станции вблизи Кисловодска.

В сильно разреженных облаках газа водород ионизирован и потому не может светиться. У атомов водорода оторваны электроны, и лишенные электронов протоны не могут поглощать и излучать свет. Другое дело — атомы гелия. Их ионизировать чрезвычайно трудно. Линии гелия могут наблюдаться и наблюдаются в разреженном газе. При появлении этих линий в короне Гневышевыми и были открыты эти облака разреженного газа. Спектр «горячих» облаков короны, имеющих часто вид струй или сгустков, в настоящее время довольно хорошо изучен благодаря трудам шведского астрофизика Эдлена и русского астрофизика И. С. Шкловского. По изменениям линий в спектре «горячей» короны можно судить об изменениях в ее температуре и плотности.

Над вспышками корона оказывается более плотной и горячей, чем в других местах. При больших вспышках в спектре короны часто появляется характерная желтая линия, принадлежащая атомам кальция, у которых оторвано четырнадцать электронов. Такие ионы могут образовываться лишь при температуре в несколько миллионов градусов.

По мере развития вспышки газ короны охлаждается и в виде «холодных» струй стекает в фотосферу. Все явление вспышки, таким образом, можно описать как процесс быстрого сжатия и охлаждения горячего газа, сопровождающийся появлением ударных волн, как при обычных взрывах.

Автор: В. Крат.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *