Газета 'Промышленные ведомости'
Главная Подшивка Подписка Редакция Партнерство Форум
«ПВ» № 7, июль, август 2013  -  cодержание номера 

Загадочные вспышки на Солнце

Мало какое из небесных тел пользуется столь пристальным вниманием человечества, как Солнце. Однако ученые до сих пор пока смогли до конца разгадать причины появления одного из наиболее загадочных явлений – вспышек на Солнце. Разгадать – значит не только понять физику исследуемого явления, но и уметь предсказывать появление вспышек и их мощность, а, следовательно, и последствия для Земли. В работах по моделированию солнечных вспышек ученые ФИАН совместно с коллегами из Института астрономии РАН (ИНАСАН) приблизились к решению одной из важнейших для человечества проблем. Поясняет ведущий научный сотрудник лаборатории физики Солнца и космических лучей ФИАН А.И. Подгорный:
 
«Солнечная вспышка представляет собой сложное физическое явление. Энергия вспышки высвобождается сразу несколькими путями: это и нагрев плазмы до высоких температур, и формирование рентгеновского излучения, и образование так называемых солнечных космических лучей – релятивистских протонов с энергией до 20 ГэВ. Важным проявлением вспышки являются также выбросы вещества, масса которых достигает 1016 грамм, а скорость – 1000 км /c. Корональный выброс, достигая орбиты Земли, вызывает возмущение магнитосферы нашей планеты, в результате чего возникают магнитные бури и полярные сияния, нарушается радиосвязь, происходят аварии в системах энергоснабжения. Долговременный прогноз этих явлений требует понимания процессов, происходящих на Солнце.
 
Наибольший интерес для исследования представляют самые мощные вспышки класса Х, при которых мощность излучения, приходящегося на 1 см2 Земли, достигает 0,1 эрг/с и выше. Ученые, однако, до сих пор и не могут сказать, какие же условия необходимы для возникновения крупных вспышек, не говоря уже о возможности их предсказания. Наша цель – понять механизм солнечной вспышки, понять, что ей предшествует и что происходит на Солнце непосредственно во время вспышки.
 
Обычно решают эту задачу «от обратного», т.е. на основании той или иной теории строится модель вспышечного процесса, а затем путем наблюдений оценивается ее соответствие реальной ситуации. Мы же пытаемся моделировать механизм солнечной вспышки, не делая никаких предварительных предположений, а исходя только из наблюдений. Это позволяет нам изучать реальный механизм вспышки. Необходимо понять каким образом происходит накопление энергии для вспышки. В настоящее время обсуждается несколько основных возможных механизмов:
 
– рассмотренная советским ученым С. И. Сыроватским возможность накопления энергии в магнитном поле так называемого токового слоя;
– образование и выброс магнитного жгута;
– мощный импульсный разряд – пинч;
– аннигиляция сильно скрученных линий магнитного поля.
 
Совместная группа ученых ФИАН и ИНАСАН предложила свою модель, в основе которой лежит механизм пересоединения магнитных линий, а также идеи С.И. Сыроватского о медленном накоплении энергии в токовом слое до некоего критического значения с последующим взрывным высвобождением. Численное моделирование показало, что вспышка происходит не на поверхности Солнца, а в токовом слое, расположенном в короне. В ходе наблюдений, а также моделирования предвспышечных и вспышечных процессов удалось выявить закономерность между величиной магнитного поля активной области и возможностью возникновения вспышки класса Х: величина магнитного потока активной области должна перейти пороговое значение в 1022 Мкс. Однако анализ магнитных потоков в мощных активных областях показывает, что это условие является необходимым, но недостаточным. Магнитный поток активной области может превзойти 1022 Мкс, но большая вспышка так и не произойдет.
 
В результате дальнейшего моделирования было показано, что еще одним необходимым условием возникновения больших вспышек является сложное распределение магнитного поля в активной области. Локальные источники магнитных полей разной направленности должны быть расположены хаотично. Только в этом случае в короне Солнца может образоваться токовый слой, в магнитном поле которого запасается энергия для будущей вспышки. Благоприятным фактором для вспышки является также сильный градиент магнитного поля поперек линии инверсии полярности магнитного поля. На последнее условие еще в 1982 г. указывал советский исследователь В.Е. Степанов.
 
Однако, самый неожиданный результат наблюдения солнечной активности был получен при анализе магнитного поля активной области во время вспышки. Вот что рассказал И.М. Подгорный, ведущий научный сотрудник ИНАСАН: «Благодаря запуску космической обсерватории НАСА (SDO) в 2010 году, мы получили прекрасную возможность анализа изменений магнитных потоков и конфигурации магнитного поля активных областей на протяжении всего вспышечного процесса – от зарождения до самой вспышки с 45-секундным интервалом регистрации данных. Попытки обнаружить изменения магнитного поля привели к потрясающим результатам: вспышка происходит, при этом выделяется колоссальная энергия, а на солнечной поверхности – тишина, поле остается без изменений!».
 
По мнению, исследовательской группы ФИАН-ИНАСАН, обнаруженное явление еще раз подтверждает, что энерговыделение вспышки происходит высоко в короне, т. е. нет никаких оснований считать вспышку хромосферным событием. При этом во вспышке реализуется энергия, накопленная в короне на стадии, предшествующей вспышке. Впереди еще предстоит серия экспериментов по численному моделированию солнечных вспышек с учетом различных начальных параметров. Эти эксперименты должны  подтвердить уже полученные на сегодняшний день результаты, а также могут выявить новые закономерности и еще больше приблизить ученых к пониманию механизма возникновения солнечных вспышек.
 
Это даст человечеству возможность предсказания вспышек и возможности по предотвращению последствий от их нежелательного воздействия. Сегодняшние исследования направлены на детальное изучение механизма солнечной вспышки, что даст возможность с достаточно хорошей вероятностью предсказать, будет ли вспышка в течение нескольких суток или нет, а также оценить какова ее предполагаемая мощность. Это весьма ценно для науки, но не только. Для чего еще это нужно?
 
В результате возникающего выброса, если, конечно, он идет к Земле, возникает магнитная суббуря. При этом меняются магнитные поля, в том числе и на поверхности Земли. Человеку они большого вреда не приносят, но могут приводить к выводу из строя техники. Сильное радиоизлучение в дециметровом диапазоне, которое также сопровождает вспышку, оказывает большое влияние на навигационные приборы. Поэтому, важно заранее предсказать возможность такого события, чтобы избежать катастроф.
 
Еще одно немаловажное проявление вспышки – рентгеновское излучение и его воздействие на состояние атмосферы Земли. Возможность прогноза потоков жесткого излучения в первую очередь важна для космонавтов, а также для тех, кто работает в полярных условиях, где защита озонового слоя намного ниже.
Уметь предсказывать космическую угрозу, которая хотя и не столь разрушительна как падение больших метеоритов, но носит повседневный характер, позволит разработать эффективные меры противодействия ей. А это одно из важнейших условий продолжения нормальной жизни на Земле.
 
По материалам «ФИАН-Информ»

Другие статьи номера «ПВ» № 7, июль, август 2013

Главная Подшивка Подписка Редакция Партнерство Форум
  © Промышленные ведомости  
Rambler's Top100