Солнечный ветер. Часть первая.
Через Солнечную систему непрерывно дует водородный ветер, обладающий большой скоростью. Излучаемый Солнцем, он движется мимо Земли со скоростью около 400 километров в секунду (примерно 1440 тысяч км в час), «обдувает» кометы и несется в межзвездное пространство. Подобно метле, он выметает газы и испаренные планетами и кометами, мельчайшие частицы метеоритной пыли и даже космические лучи. Он является причиной существования внешней части радиационного пояса, опоясывающего Землю, сияний в земной атмосфере и земных магнитных бурь. Он может даже играть известную роль в формировании земной погоды. (Также солнечный ветер может иметь свое влияние, пусть и незначительное, на различную электронную технику, вроде android tv box m8s)
О том, что солнечный ветер существует, подозревалось давно, теперь это подтверждено космическими исследованиями. Удалось измерить его скорость и плотность. А исследования другого рода раскрыли тайну его возникновения и дали нам возможность понять его влияние.
Первое ясно высказанное утверждение о том, что, кроме света, на Землю с Солнца приходит еще «нечто», было сделано в 1896 году норвежским физиком Олафом К. Биркелендом. Он предположил, что северное сияние может вызываться воздействием идущих от Солнца электрически заряженных «корпускул ядерных лучей», впитываемых земным магнитным полем вблизи полюсов. Он обосновал это предположение тем фактом, что сияние очень похоже на электрический разряд в только что открытой тогда электронной лампе, генерирующей потоки заряженных частиц («катодные лучи»).
Идея Биркеленда разрабатывалась затем норвежским математиком Карлом Стормэром, который изучал траектории заряженных частиц, идущих от Солнца и попадающих в земное магнитное поле. Его теоретическая схема спиральных, петлевых траекторий похожа по форме на наблюдаемые сияния, правда, это сходство оказалось случайным совпадением. До настоящего времени нет еще достаточно полной теории, объясняющей, как солнечный ветер производит сияния, хотя на этот счет теперь и разрабатывается несколько интересных идей.
Магнитные бури
Дальнейшие доказательства того, что Солнце излучает частицы, были получены уже много лет позднее на основе изучения магнитных бурь, которые ассоциируются с нарушением радио и телефонной связи.
Бури, как это было доказано, вызываются флуктуациями (отклонениями от нормы) в земном магнитном поле. Поскольку они, как правило, обнаруживаются двумя днями позже солнечных вспышек, их сначала приписывали действию ультрафиолетовой радиации, усиливающейся со вспышками.
Позднее английский геофизик Сидней Чепмен предположил, что корпускулярное излучение Солнца имеет более глубокие причины. В тридцатых годах он и Ферраро провели ряд вычислений и показали, что облако ионов, выброшенных Солнцем, двигаясь со скоростью 1 тысяча или 2 тысячи километров в секунду, может достигнуть Земли через день или два и произвести возмущение земного магнитного поля. Их теоретическая картина возмущения поля так близко совпадает с действительными флуктуациями во время магнитных бурь, что идея Чепмена была широко признана.
Третье проявление солнечных частиц было замечено в конце сороковых годов. Оно было связано с бомбардировкой Земли космическими лучами. Скотт Е. Форбуш из Института Карнеги в Вашингтоне обнаружил, что интенсивность космической радиации, достигающей Земли, ниже во время высокой солнечной активности и часто резко падает во время магнитной бури. Другими словами, большая активность Солнца соответствует меньшему числу частиц космических лучей, падающих на Землю.
Сначала предполагалось, что это явление обусловлено изменениями, вызванными солнечной активностью, в земном магнитном поле и атмосфере, а эти изменения, в свою очередь, приводили к отклонению космических частиц от Земли. Но физик Чикагского университета А. Симпсон вскоре нашел, что нарушения в потоке космических частиц были куда большими, чем можно было предполагать. Такого рода флуктуации не могли быть произведены только лишь переменой околоземной обстановки; они, скорее, должны отражать повышение и падение интенсивности космических лучей в Солнечной системе в целом. Очевидно, что-то в солнечной радиации имеет тенденцию препятствовать потоку космических частиц в Солнечную систему, и эта тенденция возрастает, когда Солнце особенно активно. Но что это такое?
Основной механизм следует искать где-то в магнитогидродинамической теории шведского физика Ганнеса Альвена. Он высказал предположение, что ионизированный газ при движении должен перемещать с собой магнитное поле. То, что это именно так, было подтверждено Филиппом Моррисоном из Корнелльского университета и другими исследователями, считавшими, что поток заряженных частиц из Солнца, несущий магнитное поле, имеет тенденцию «выметать» частицы космических лучей из Солнечной системы, и этот эффект тем значительнее, чем интенсивнее солнечная радиация.
Примерно в то же время появилось четвертое и решающее доказательство корпускулярной радиации Солнца. Хорошо известно, что хвосты комет всегда обращены в сторону от Солнца. Независимо от того, в каком месте орбиты, проходящей через Солнечную систему, находится комета, голова ее всегда обращена, к Солнцу, а газовый хвост в противоположную сторону. Почему это так? До этого времени универсальная общепринятая теория объясняла это явление давлением солнечного света, действующего на крайне разреженное вещество кометы; в результате хвост всегда обращен в сторону, противоположную Солнцу. Но в пятидесятых годах Людвиг Ф. Бирманн из Геттингенского университета отметил, что давления солнечного света совершенно недостаточно, чтобы создать силу, способную сдуть газы с головы кометы. Он высказал идею, что только та солнечная радиация в состоянии отклонить хвост кометы, которая является потоком реально существующих частиц. Такая солнечная радиация могла бы объяснить существование возбужденных, выделяющих свет ионов в хвостах комет.
Исследования Бирманна открыли много важного для решения вопроса о том, как возникает корпускулярная радиация Солнца. До этого времени считалось, что частицы испускаются солнечным пламенем во время вспышек или солнечными пятнами посредством некоего неизвестного электромагнитного ускорительного процесса. Но рассуждения Бирманна показали, что корпускулярная радиация не может возникать только во время вспышек или в образовавшихся пятнах. Хвосты комет указывают на то, что радиация распространяется непрерывно во всех направлениях от Солнца, они демонстрируют существование устойчиво излучаемой, наполняющей космическое пространство радиации. Поток элементарных частиц становится интенсивнее, когда Солнце ведет себя особенно активно, но он существует все время.
Продолжение следует.
Автор: Е. Паркер, перевод с английского.