Сонячний вітер. Частина перша.

Через Сонячну систему безперервно дме водневий вітер, що володіє великою швидкістю. Випромінюваний Сонцем, він рухається повз Землю зі швидкістю близько 400 кілометрів на секунду (приблизно 1440 тисяч км на годину), «обдуває» комети і мчить в міжзоряний простір. Подібно мітлі, він вимітає гази і випаровуванні планетами і кометами, найдрібніші частинки метеоритного пилу і навіть космічні промені. Він є причиною існування зовнішньої частини радіаційного поясу, що оперізує Землю, сяйв в земній атмосфері і земних магнітних бур. Він може навіть грати певну роль у формуванні земної погоди.

Про те, що сонячний вітер існує, підозрювалося давно, тепер це підтверджено космічними дослідженнями. Вдалося виміряти його швидкість і щільність. А дослідження іншого роду розкрили таємницю його виникнення і дали нам можливість зрозуміти його вплив.

Перше ясно висловлене твердження про те, що, крім світла, на Землю з Сонця приходить ще «щось», було зроблено в 1896 році норвезьким фізиком Олафом К. Біркелендом. Він припустив, що північне сяйво може викликатися впливом електрично заряджених «корпускул ядерних променів», що йдуть від Сонця, вбираються земним магнітним полем поблизу полюсів. Він обґрунтував це припущення тим фактом, що сяйво дуже схоже на електричний розряд в щойно відкритій тоді електронній лампі, що генерує потоки заряджених частинок («катодні промені»).

Ідея Біркеленда розроблялася потім норвезьким математиком Карлом Стормером, який вивчав траєкторії заряджених частинок, що йдуть від Сонця і потрапляють в земне магнітне поле. Його теоретична схема спіральних, петльових траєкторій схожа за формою на спостережувані сяйва, правда, ця подібність виявилася випадковим збігом. До теперішнього часу немає ще досить повної теорії, що пояснює, як сонячний вітер приносить сяйва, хоча на цей рахунок тепер і розробляється кілька цікавих ідей.

Магнітні бурі

Подальші докази того, що Сонце випромінює частинки, були отримані вже багато років пізніше на основі вивчення магнітних бур, які асоціюються з порушенням радіо і телефонного зв’язку.

Бурі, як це було доведено, викликаються флуктуаціями (відхиленнями від норми) в земному магнітному полі. Оскільки вони, як правило, виявляються двома днями пізніше сонячних спалахів, їх спочатку приписували дії ультрафіолетової радіації, що підсилюється зі спалахами.

Пізніше англійський геофізик Сідней Чепмен припустив, що корпускулярне випромінювання Сонця має глибші причини. У тридцятих роках він і Ферраро провели ряд обчислень і показали, що хмара іонів, викинутих Сонцем, рухаючись зі швидкістю 1 тис або 2 тисячі кілометрів на секунду, може досягти Землі через день або два і зробити обурення земного магнітного поля. Їх теоретична картина обурення поля так близько збігається з дійсними флуктуаціями під час магнітних бур, що ідея Чепмена була широко визнана.

Третій прояв сонячних частинок був помічений в кінці сорокових років. Він був пов’язаний з бомбардуванням Землі космічними променями. Скотт Е. Форбуш з Інституту Карнегі у Вашингтоні виявив, що інтенсивність космічної радіації, що досягає Землі, нижче під час високої сонячної активності і часто різко падає під час магнітної бурі. Іншими словами, велика активність Сонця відповідає меншому числу частинок космічних променів, що падають на Землю.

Спочатку передбачалося, що це явище обумовлено змінами, викликаними сонячною активністю, в земному магнітному полі і атмосфері, а ці зміни, в свою чергу, приводили до відхилення космічних частинок від Землі. Але фізик Чиказького університету А. Сімпсон незабаром знайшов, що порушення в потоці космічних частинок були значно більшими, ніж можна було припускати. Такого роду флуктуації не могли бути зроблені тільки зміною навколоземної обстановки; вони, скоріше, повинні відображати підвищення і падіння інтенсивності космічних променів в Сонячній системі в цілому. Очевидно, щось в сонячній радіації має тенденцію перешкоджати потоку космічних частинок в Сонячну систему, і ця тенденція зростає, коли Сонце особливо активно. Але що це таке?

Основний механізм слід шукати десь в магнітогідродинамічній теорії шведського фізика Ганнеса Альвена. Він висловив припущення, що іонізований газ при русі повинен переміщати з собою магнітне поле. Те, що це саме так, було підтверджено Філіпом Моррісоном з Корнельського університету та іншими дослідниками, які вважали, що потік заряджених частинок з Сонця, що несе магнітне поле, має тенденцію «вимітати» частинки космічних променів з Сонячної системи, і цей ефект тим значніше, чим інтенсивніша сонячна радіація.

Приблизно в той же час з’явився четвертий і вирішальний доказ корпускулярної радіації Сонця. Добре відомо, що хвости комет завжди звернені в сторону від Сонця. Незалежно від того, в якому місці орбіти, що проходить через Сонячну систему, знаходиться комета, голова її завжди звернена, до Сонця, а газовий хвіст в протилежну сторону. Чому це так? До цього часу універсальна загальноприйнята теорія пояснювала це явище тиском сонячного світла, що діє на вкрай розріджену речовину комети; в результаті хвіст завжди звернений в сторону, протилежну Сонцю. Але в п’ятдесятих роках Людвіг Ф. Бірманн з Геттінгенського університету зазначив, що тиску сонячного світла зовсім недостатньо, щоб створити силу, здатну здути гази з голови комети. Він висловив ідею, що тільки та сонячна радіація в стані відхилити хвіст комети, яка є потоком реально існуючих частинок. Така сонячна радіація могла б пояснити існування порушених, що виділяють світло іонів в хвостах комет.

Дослідження Бірманна відкрили багато важливого для вирішення питання про те, як виникає корпускулярна радіація Сонця. До цього часу вважалося, що частки випускаються сонячним полум’ям під час спалахів або сонячними плямами за допомогою якогось невідомого електромагнітного прискорювального процесу. Але міркування Бірманна показали, що корпускулярна радіація не може виникати тільки під час спалахів або в утворених плямах. Хвости комет вказують на те, що радіація поширюється безперервно у всіх напрямках від Сонця, вони демонструють існування стійко випромінюваної, яка наповнює космічний простір радіації. Потік елементарних частинок стає інтенсивніше, коли Сонце поводиться особливо активно, але він існує весь час.

Далі буде.

Автор: Е. Паркер, переклад з англійської.