Электромагнитное и корпускулярное излучения

Электромагнитное и корпускулярное излучения

Б. Ф. Гордиец, М. Н. Марков, Л. А. Шелепин

Подавляющее большинство процессов на Земле обусловлено энергией, поступающей от Солнца. Эта энергия высвобождается в недрах Солнца за счет термоядерных реакций. До расстояний ~0,8 солнечного радиуса происходит лучистый перенос энергии, обусловленный поглощением излучения и последующим переизлучением. Перенос же энергии во внешние слои Солнца (солнечную атмосферу) осуществляется путем конвекции. Конвективная зона, состоящая из отдельных конвективных ячеек, имеет толщину ~105 км. В результате конвекции энергия, вырабатываемая внутри недр Солнца, попадает в нижний слой солнечной атмосферы — фотосферу. Фотосфера, имеющая толщину 100 — 300 км, представляет собой сильно ионизованный газ с плотностью 1016—1017 см–3, излучающий как абсолютно черное тело при температуре 6000 К. Она излучает практически всю энергию, исходящую от Солнца. Кроме фотосферы, солнечная атмосфера включает в себя еще два слоя, расположенных выше: хромосферу (толщиной ~104 км) и корону. За счет того, что в газе малой плотности, из которого состоят эти слои, теряют энергию различные волны, возникающие ниже, в конвективной зоне, температура здесь существенно выше, чем в фотосфере. Так, температура на внешней границе хромосферы достигает ~106 К, а в короне — еще выше. Из верхнего слоя солнечной атмосферы — короны непрерывно истекает корпускулярный поток, т. е. поток частиц, в основном электронов и протонов. Все околосолнечное пространство заполнено этими частицами (водородной плазмой), движущимися радиально от Солнца. Это корпускулярное излучение получило название солнечного ветра. Для спокойных условий средняя скорость этого ветра ~400 км/с, плотность в окрестности орбиты Земли — 1—2 частицы в 1 см3; энергия его составляет миллионную долю в общем энергетическом балансе солнечного излучения.

Обычно в качестве характеристики солнечной энергии используют так называемую солнечную постоянную — величину потока энергии, который падает на площадку в 1 см2, находящуюся на среднем расстоянии от Земли до Солнца, составляющую 1,4 · 106 эрг/см2 · с.

Хотя общий поток энергии и остается практически постоянным, сами процессы на Солнце отличаются значительной нестабильностью. Время от времени в атмосфере Солнца возникают так называемые активные области (их иногда образно называют солнечными бурями). Эти области прежде всего характеризуются возмущенностью магнитного поля. Так, в спокойной части атмосферы Солнца напряженность магнитного поля обычно не превосходит 1 эрстед, а в активных областях она увеличивается в десятки, сотни и даже тысячи раз. Сравнительно небольшое возрастание напряженности поля способствует росту в этом месте потерь энергии волн, приходящих из конвективной зоны, и, следовательно, разогреву, что приводит к большей яркости на общем фоне. Такая зона активной области называется факелом.

При значительном возрастании напряженности магнитное поле начинает препятствовать движению плазмы, а значит, и конвективному переносу энергии. Это приводит к понижению температуры в данной области. Центр ее может оказаться «холоднее» окружающей фотосферы почти на 2000 К. Поэтому такие области выглядят темными пятнами на более ярком фоне солнечного диска.

Пятна на Солнце являются наиболее характерным проявлением солнечной активности. Они наблюдались еще много веков назад. Пятна обычно располагаются группами по обе стороны солнечного экватора (от 5 до 35° широты). Размеры пятен варьируются от нескольких тысяч до нескольких десятков тысяч километров. В каждой группе имеются два главных, самых больших пятна. В центре пятна силовые линии магнитного поля почти перпендикулярны к поверхности Солнца. Максимальная напряженность поля в центре пятна лежит в пределах от 50 до 4000 эрстед и тем больше, чем больше площадь пятна. В каждом из двух главных пятен направления поля противоположны. С магнитными полями связаны и активные образования в хромосфере и короне. Для хромосферы характерными образованиями являются флоккулы — аналоги обычного фотосферного факела. Так же, как и у факела, увеличение их яркости (в ряде дискретных линий солнечного спектра) связано со сравнительно небольшим возрастанием напряженности магнитного поля.

Рост напряженности магнитного поля (но уже крупномасштабный и сильный) обусловливает возникновение грандиозных активных образований в солнечной короне — протуберанцев. За счет протуберанцев, напоминающих при наблюдении языки пламени, происходит обмен веществом между хромосферой и короной.

Все активные образования в солнечной атмосфере являются нестационарными. Они «рождаются», «живут», «умирают». Время жизни пятна — от нескольких часов до месяцев. Поскольку Солнце (его экваториальная часть) совершает один оборот вокруг своей оси за 27 суток, периодическое появление долгоживущих пятен на видимой стороне Солнца обусловливает периодические (рекуррентные) изменения солнечной активности.

Однако в целом по всему диску Солнца количество активных образований меняется периодически со средним периодом 11,3 года (с вариацией периода от 7 до 17 лет). Среди регистрируемых сейчас индексов солнечной активности числа Вольфа являются единственными, записи которых насчитывают уже более двухсот лет. На рис. 1 приведены среднегодовые числа Вольфа за время с 1770 по 1970 г. Интересно, что 1980 г. — год опубликования этой брошюры — приходится на максимум солнечной активности.

Наряду с 11

Внимание, отключите Adblock

Вы посетили наш сайт со включенным блокировщиком рекламы!
Ссылка для скачивания станет доступной сразу после отключения Adblock!

Скачать