WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 |
ФИЗИКА СОЛНЦЕ В РЕНТГЕНОВСКИХ ЛУЧАХ Р. Т. СОТНИКОВА Иркутский государственный университет Солнце интенсивно изучается в астрономии не только потому, что оно господствует в Солнечной сисTHE SUN IN X-RAYS теме, но и как единственная звезда, достаточно близкая к нам для детального изучения ее поверхности, атмоR. T. SOTNIKOVA сферы и активности. Физика Солнца лежит в основе как астрономии Солнечной системы, так и всей физиThe newest results on the long-term solar X-ray ки звезд в целом. Большую часть рассуждений, привеobservations are presented. The statistical денных для Солнца, можно применить с некоторыми characteristics of solar flares are shown to cor- изменениями к множеству звезд из его окрестностей, но при этом на Солнце мы можем видеть и изучать явrelate with the phase of the solar activity cycle.

ления, присутствие которых на других звездах лишь Parallels are discussed between the flare actiпредполагается.

vity of the Sun and red dwarfs of the UV Cet type. It is emphasized that the relation СОЛНЕЧНЫЕ ВСПЫШКИ between the flare activity of the star and its При визуальных наблюдениях солнечные вспышки обнаруживаются как быстрые повышения яркости неmagnetic field is ambiguous.

больших (малые доли процента солнечного диска) участков поверхностных слоев Солнца. После быстрого Изложены новейшие результаты долговревозгорания обычно наступает сравнимая по длительменных наблюдений Солнца в рентгеновности фаза максимального свечения вспышки, котоских лучах. Показано, что статистические рую плавно сменяет в несколько раз более продолжихарактеристики солнечных вспышек корре- тельная стадия затухания. Типичная вспышка длится около часа, но самые быстрые успевают вспыхнуть и лируют с фазой цикла солнечной активноспогаснуть за минуты, а самые долгоживущие длятся нети. Обсуждена аналогия между вспышечной сколько часов.

активностью Солнца и красных карликовых Вспышки, как правило, возникают в активных обзвезд типа UV Кита. Подчеркнуто, что ластях и являются самыми мощными и бурными просвязь между вспышечной активностью цессами в атмосфере Солнца. Во время вспышек взрывоподобным образом выделяется огромное количество звезды и ее магнитным полем не является энергии в видимой части спектра, ультрафиолетовых, однозначной.

рентгеновских и -лучах. Наряду с различными видами электромагнитного излучения значительная доля энергии солнечных вспышек передается ускоренным частицам – солнечным космическим лучам. Со вспышками связаны выбросы холодной материи и передвижения больших масс вещества. Мощные вспышки захватывают практически все слои атмосферы Солнца от короны до фотосферы.

Вспышки появляются в областях со сложной структурой магнитного поля, которое, вероятно, играет определяющую роль в их возникновении. Во время мощных вспышек быстрые процессы охватывают огСОРОСОВСКИЙ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЙ ЖУРНАЛ, ТОМ 6, №1, Сотникова Р.Т., © ФИЗИКА ромное пространство от хромосферы до короны и меж- наружено по измерениям степени ионизации слоя D планетной среды. В общей энергетике вспышек вклад ионосферы. Земная атмосфера поглощает коротковолрадиоизлучения минимален, излучения в оптическом и новую область спектра солнечного электромагнитного рентгеновском диапазонах сравнимы по порядку вели- излучения, где находятся ультрафиолетовые, рентгечины, а кинетическая энергия охваченного вспышкой новские и гамма-лучи. Все они, кроме близкого ультвещества, вероятно, на порядок величины превосходит рафиолета, доступны наблюдениям только с ракет и энергию электромагнитного излучения. Общепринято искусственных спутников, оснащенных специальной допускать, что непосредственная причина вспышек ле- аппаратурой. Поэтому рентгеновская астрономия нажит в структурных изменениях локальных магнитных чала интенсивно развиваться сразу же с появлением полей, однако полная теория таких процессов пока еще внеатмосферных методов.

не построена. Это вызывает появление альтернатив- Первые прямые измерения солнечного рентгеновных точек зрения на явление вспышки и проблему в це- ского потока были проведены в США в конце 50-х голом. Объяснение всего многообразия процессов, проис- дов группой Дж. Уинклера и Л. Петерсона при помощи ходящих во время вспышек, выяснение механизмов, регистраторов – простых сцинтилляционных счетчиприводящих к быстрому выделению огромного коли- ков, установленных на воздушных шарах. Впоследстчества энергии (1028–1032 эрг), являются важнейшими вии такие же регистраторы, измерявшие излучение от задачами современной астрофизики.

всего Солнца в широком спектральном диапазоне, быКроме большого теоретического интереса изуче- ли установлены на ракетах и спутниках. Но настоящее ние вспышек имеет важное прикладное значение. Из- развитие рентгеновская астрономия получила тогда, вестно, что с появлением вспышек на Солнце связаны когда были созданы мощные ракеты и большие космимногие явления в атмосфере и магнитосфере Земли ческие станции, способные нести на борту достаточно (полярные сияния, магнитные бури, прекращение ра- сложные и высокотехнологичные телескопы, имеюдиосвязи на коротких волнах, нарушение работы ра- щие пространственное и спектральное разрешение.

дионавигационных устройств и пр.). Имеются данные, В области физики Солнца первый такой прорыв свидетельствующие о влиянии вспышечной активнос- связан с запуском в 1973 году американской орбитальной ти на биосферу вообще и на человека в частности (как космической станции “Skylab”, оснащенной солнечна его общее состояние, так и на увеличение количест- ным рентгеновским телескопом. Наблюдения провова инфарктов миокарда, инсультов и пр. в период по- дились подготовленными астронавтами, среди котовышенной солнечной активности). В настоящее время рых был физик Эдвард Гибсон, автор монографии в связи с освоением космического пространства осо- “Спокойное Солнце”. Солнечные рентгенограммы снибенно актуальным стал вопрос о природе вспышек и их мались на фотопленку, и отснятые материалы возврапрогнозировании, так как излучение, сопровождаю- щались на Землю для обработки (рис. 1).



щее вспышки, является губительным для каждого оргаНаблюдения на “Skylab” дали довольно много отнизма, находящегося за пределами земной атмосферы.

крытий: были обнаружены корональные дыры – участИзучение вспышек может оказать существенную поки короны с пониженным свечением в рентгеновском мощь в решении проблемы управляемого термоядердиапазоне, характеризуемые открытой геометрией магного синтеза, важность которой трудно переоценить.

нитных силовых линий, разомкнутых в межпланетное Систематические исследования вспышек начались пространство; были открыты рентгеновские яркие точв конце 30-х годов. Несмотря на огромное количество ки, соответствующие мельчайшим (так называемым работ, посвященных статистике, динамике и морфоло- эфемерным) активным областям; были выявлены когии вспышек (преимущественно по наблюдениям в ли- рональные транзиенты – гигантские выбросы массы из нии Н водорода), физические условия, особенности короны и многое другое.

структуры и другие характеристики вспышек известны Следующий этап был связан с программой Года довольно приближенно. В то же время для решения восолнечного максимума (1971–1981 годы) и работавшипроса об источниках энергии вспышек и для выяснеми в тот период орбитальными станциями “Solar Maxния природы солнечных вспышек необходимо всестоimum Mission (SMM)” (США, Европа) и “Hinotori” роннее изучение всех видов их радиации.

(Япония). Основной упор был сделан на спектроскопию вспышек в рентгеновской области спектра. Было РЕНТГЕНОВСКОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ СОЛНЦА открыто явление хромосферного испарения вещества в Роль рентгеновского диапазона как нового информа- солнечной вспышке, за которым следует его выброс в тивного источника знаний о Вселенной была давно корону с огромными скоростями, что проявляется в осознана астрофизиками. Еще до начала прямых на- рентгеновских линиях. Были обнаружены вспышки в блюдений жесткое рентгеновское излучение было об- короне – увеличение яркости в рентгеновских и ульт СОТНИКОВА Р. Т. СОЛНЦЕ В РЕНТГЕНОВСКИХ ЛУЧАХ ФИЗИКА Рис. 1. Солнце в рентгеновских лучах (космическая лаборатория “Skylab”). Ярко светится горячий газ солнечной короны, особенно заметный над активными областями Солнца Рис. 2. Изображение горячей (1,5 106 К) солнечной короны, полученное в ультрафиолетовых лучах обрафиолетовых лучах (рис. 2), не сопровождаемое одно- серваторией SOHO (Solar and Heliospheric Observatory), запущенной в декабре 1995 года, то есть в певременным ростом яркости в хромосфере.

риод минимума солнечной активности. МногочисПоследний, завершившийся этап связан с про- ленные яркие области – вспышки в короне – видны по всему диску Солнца. Совокупность вспышечных граммой “Вспышки 22-го солнечного цикла” и полекорональных петель на краю диска (справа) отражатом орбитальной обсерватории “Yohkon” (Япония, ет эффект присутствия магнитного поля, силовые США), оснащенной рентгеновскими телескопами для линии которого формируют анфиладу арок, образуя своеобразный туннель. Эти и другие данные, пополучения изображения Солнца в мягком и жестком лученные SOHO, показывают, что Солнце непреддиапазонах (рис. 3).

виденно активно даже в течение спокойной фазы 11-летнего цикла (из материалов NASA Resources Телескоп мягкого рентгена впервые обеспечил возfor Educators) можность проследить динамику корональных петель.

Эти петли в обычном, не возбужденном вспышкой состоянии представляют собой слабоконтрастные образования, которые не были доступны наблюдениям ранее. 2 ноября 1992 года удалось впервые пронаблюдать процесс образования петельной туннельной структуры, вершина которой периодически вытягивалась вверх и вновь замыкалась. Процесс оказался аналогичен процессу вытягивания хвоста магнитосферы Земли в ходе магнитной суббури. Удалось также проследить изменения петельной структуры активной области во время мощной вспышки (рис. 4). Этот процесс взрывного типа идет, конечно, быстро и требует не только высокого временного разрешения, которое ранее было недоступно, но и большого динамического диапазона приемника излучения, так как он идет одновременно в ярких и слабосветящихся структурах. Происходит не только вытягивание петель высоко в корону над актив- Рис. 3. Серия изображений Солнца, полученных обсерваторией “Yohkon”. Видны временные вариации ной областью, но и сложная структурная перестройка в мягкого рентгеновского излучения. Наблюдения нижней короне, характер которой не выявляется одновыполнялись на телескопе, регистрирующем кванзначно при одноаспектных (то есть с одного направлеты в области 10 с энергией 1 кэВ (из материалов ния) наблюдениях. NASA Resources for Educators) СОРОСОВСКИЙ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЙ ЖУРНАЛ, ТОМ 6, №1, ФИЗИКА Рис. 4. Девять изображений рентгеновской ( 1 кэВ, 10 ) вспышки 2 ноября 1992 года, полученных в различные моменты времени обсерваторией “Yohkon” (из статьи J. Seely et al.: Proc. Kofu Sympos.

NRO. Report № 360, July 1994).

Лимб Солнца хорошо виден на последних двух снимках.

Первое изображение с хорошей экспозицией получено через бериллиевый фильтр в 03h07m30s вблизи максимума вспышки. Самой замечательной особенностью в полной последовательности изображений является яркая эмиссионная область на вершине петли.





Вид этой вспышки большой длительности изменялся очень медленно: к 10h13m36s яркая эмиссионная область состояла, возможно, из трех петель, каждая из которых оставалась яркой на вершине. По мере роста и изменения структуры петли наиболее яркая область оставалась по-прежнему на вершине петли и даже в 21h41m00s все еще различима. Это означает, что энергия была запасена в вершине петли и механизм нагрева действовал в течение периода порядка десятков часов. В течение этого периода видимая высота этой яркой области над солнечным лимбом увеличилась от 27 000 до 90 000 км Некоторые неоднозначности в описании системы комплексы рентгеновских телескопов могут быть исвспышечных петель можно снять при стереоскопичес- пользованы в многоаспектных наблюдениях Солнца, ких многоаспектных наблюдениях, и здесь мы логиче- призванных дать принципиально новую информацию ски подходим к обоснованию необходимости наблю- о пространственной структуре быстропротекающих дений Солнца с двух и более направлений, то есть процессов в солнечной короне.

наблюдений с определенной стереоскопической базой.

Поскольку корона является оптически тонким объекПАРАМЕТРЫ РЕНТГЕНОВСКИХ ВСПЫШЕК том, то изображения, получаемые с одним инструменВ 11-ЛЕТНИХ ЦИКЛАХ СОЛНЦА том, то есть из одной какой-либо точки пространства, представляют собой интеграл по лучу зрения. РезультиСолнечные вспышки представляют собой быстрый рующая двумерная картина неизбежно содержит неодпроцесс высвобождения большого количества энернозначность по третьему измерению. Эта неоднозначгии. В последние десятилетия аналогичные процессы – ность может быть устранена применением томографии, звездные вспышки – наблюдаются на некоторых класто есть путем наблюдений с нескольких направлений (в сах звезд. Наиболее вспыхивающими являются красидеале не менее четырех под углом 45° друг к другу) и ные карликовые звезды типа UV Кита [1]. Интерпретапоследующим восстановлением трехмерного изобрация вспышек на них основывается на внутренней жения. Принципы солнечной томографии заимствуфизической аналогии между активностью Солнца и ются из медицинской томографии, основы которой хоактивностью красных карликовых звезд, конвективрошо известны.

ные зоны которых подобны. В результате сопоставлеВсе изложенное позволяет сделать вывод, что рож- ния двух типов вспышечной активности достигается дение новых методов внеатмосферных наблюдений более полная картина генерации вспышек на звездах.

Солнца в рентгеновском диапазоне и интенсивные на- Однако общие успехи моделирования, в частности солблюдения в рамках международных кооперативных на- нечных вспышек, до некоторой степени снизили интеблюдательных программ привели к ряду открытий в рес к изучению таких параметров вспышек, как их инфизике Солнца. Созданные к настоящему времени тегральные (по времени) энергии и временные шкалы СОТНИКОВА Р. Т. СОЛНЦЕ В РЕНТГЕНОВСКИХ ЛУЧАХ ФИЗИКА (длительность энерговыделения), которые несут много что изменение энергетических параметров солнечных информации об энергетике вспышек во всем диапазовспышек в цикле является следствием 11-летнего магне энерговыделения. Попыткой восполнить этот пронитного цикла. Вместе с тем в звездном аспекте связь бел явились исследования [2, 3] энергетических спектвспышек с магнитными полями вызывает множество ров рентгеновских вспышек, выполненные для одного возражений. Так, появление долгоживущих магнитных и двух 11-летних циклов солнечной активности. Вспышполей порядка нескольких тысяч эрстед (“Каталог магки отражают энергетику соответствующих магнитных полей, и поведение параметров вспышек в 11-летнем нитных звезд Бэбкокка”) является наблюдательным цикле представляет значительный интерес.

фактом, но ни одна из этих звезд не обладает ярко выраженной вспышечной активностью. Наоборот, у СОЛНЕЧНЫЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ СПЕКТРЫ вспыхивающих звезд не подтверждается наличие сильОценки энергии вспышек в [4] показывают, что рас- ных магнитных полей. Трудности имеются и в объяснепределения их интегральных по времени значений нии механизма аннигиляции магнитного поля как энергий могут быть представлены степенной функциэнергоисточника вспышек. Поэтому полученные даней N E. Универсальность такого распределения быные [2, 3] можно рассматривать в свете остающейся нела доказана для вспышек рентгеновского диапазона решенной проблемы звездно-солнечных вспышек.

(1–8 ), причем показатель энергетического спектра заметно изменялся в цикле [2, 3]. Энергетический Рентгеновские наблюдения солнечных вспышек спектр вспышек Солнца, то есть зависимость частоты более удобны для статистического анализа, так как они вспышек с некоторой полной энергией излучения от аналогичны наблюдениям звездных вспышек, где сразначения этой полной энергии, можно строить для козу получается кривая блеска, и имеют преимущество роткого интервала времени (год). Для этого рассчитыперед оптическими солнечными наблюдениями, где вается накопленное число вспышек за год N(Em), то есть средняя частота вспышек с энергией, превышаю- необходимо проводить интегрирование по поверхносщей заданное значение энергии. Пример таких зависити вспышек.

мостей для различных фаз цикла Солнца показан на рис. 5. Исходя из линейного участка соотношения lgE, эрг lgN–lgE, можно определить показатель как наклон прямой в двойных логарифмических координатах, что соответствует степенной функции.

Pages:     || 2 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.