18.4 Радио- и рентгеновское излучение Солнца. Солнечный ветер и магнитосфера Земли.

Солнечная корона полностью прозрачна для видимого излучения, но плохо пропускает радиоволны, которые испытывают в ней сильное поглощение и преломление.

На метровых волнах яркостная температура короны достигает миллиона градусов. На более коротких волнах она уменьшается. Это связано с увеличением глубины, откуда выходит излучение, из-за уменьшения поглощающих свойств плазмы.

Радиоизлучение солнечной короны прослежено на расстояния в несколько десятков радиусов. Это возможно благодаря тому, что Солнце ежегодно проходит мимо мощного источника радиоизлучения - Крабовидной туманности и солнечная корона затмевает его. Происходит рассеяние излучения туманности в неоднородностях короны.

Наблюдаются всплески радиоизлучения Солнца, вызванные колебаниями плазмы, связанными с прохождениями через неё космических лучей во время хромосферных вспышек.

Рентгеновское излучение изучено при помощи специальных телескопов, установленных на космических аппаратах. Рентгеновское изображение Солнца имеет неправильную форму с множеством ярких пятен и “клочковатой” структурой. Вблизи оптического лимба заметно увеличение яркости в виде неоднородного кольца. Особенно яркие пятна наблюдаются над центрами солнечной активности, в областях, где находятся мощные источники радиоизлучения на дециметровых и метровых волнах. Это означает, что рентгеновское излучение возникает в основном с солнечной короне. Рентгеновские наблюдения Солнца позволяют проводить детальные исследования структуры солнечной короны непосредственно в проекции на диск Солнца.

Рядом с яркими областями свечения короны над пятнами обнаружены обширные тёмные области, не связанные ни с какими заметными образованиями в видимых лучах. Они называются корональными дырами и связаны с участками солнечной атмосферы, в которых магнитные поля не образуют петель. Корональные дыры являются источником усиления солнечного ветра. Они могут существовать в течение нескольких оборотов Солнца и вызывать на Земле 27-дневную периодичность явлений, чувствительных к корпускулярному излучению Солнца.

В межпланетном пространстве существует непрерывный поток плазмы, текущий радиально от Солнца со скоростью 100 - 1000 км/с и достигающий расстояний 100 а.е. Это явление получило название солнечный ветер.

Своим происхождением солнечный ветер обязан короне. Нагретая до высочайших температур корона не может находиться в состоянии гидростатического равновесия и должна расширяться. При этом корональное вещество (плазма) непрерывно ускоряется и на расстоянии в несколько радиусов Солнца достигает скорости звука, а далее превосходит её в несколько раз.

Солнечный ветер - поток протонов и электронов с небольшой примесью (2-20%) ионов гелия и некоторых других элементов.

В пределах орбиты Земли скорость протонов - 400 км/с, концентрация протонов - 6 в см³. За счёт солнечного ветра Солнце ежегодно теряет до 10^-14 своей массы. Общий поток кинетической энергии, уносимый от Солнца солнечным ветром - 10²⁷ эрг/с.

Потоки солнечного ветра вблизи Солнца движутся по силовым линиям его магнитного поля. Однако, на расстоянии 2-3 радиуса скорость солнечного ветра значительно увеличивается и коллективное движение протонов и электронов увлекает магнитные силовые линии за собой. Это явление получило название “вмороженность” магнитного поля в плазму. Структура солнечного ветра неразрывно связана с магнитным полем Солнца и меняется с изменением солнечной активности. Вращение Солнца придаёт вытянутым (замыкающимся на краю гелиосферы на расстоянии 10⁵ а.е.) магнитным силовым линиям форму спиралей. Средняя напряжённость межпланетного магнитного поля 6 ^. 10⁶ Гс.

Электроны и протоны солнечного ветра движутся по спиралям, радиус которых зависит от массы и скорости частиц: радиус спиралей для электронов около нескольких км, для протонов - нескольких сотен км.

При сближении с Землёй происходит деформация силовых линий межпланетного магнитного поля - возникают поперечные волны Альвена. При резком усилении скорости плазмы солнечного ветра на границе с магнитосферой Земли возникает магнитогидродинамическая ударная волна, приводящая к существенным деформациям магнитного поля Земли (магнитные бури).

Плазма солнечного ветра, встречая на своём пути планету, частично огибает это препятствие, частично им поглощается.

Солнечный ветер, набегающий на атмосферу, образует ударную волну. За фронтом ударной волны расположена переходная область, в которой направленная скорость существенно меньше, но концентрация частиц, температура и напряжённость магнитного поля больше, чем в невозмущённом солнечном ветре. Частицы солнечного ветра отклоняются магнитным полем задолго до того, как они вступают в соприкосновение с ионосферой. Картина магнитных линий в магнитном поле заметно деформируется.

Магнитное поле Земли удерживает огромное количество энергичных частиц, электронов и протонов. Их энергия и концентрация зависят от расстояния до Земли и геомагнитной широты. Частицы заполняют радиационные пояса.

Вся область околоземного пространства, заполненная заряженными частицами, движущимися в магнитном поле Земли, называется магнитосферой.

Она отделена от межпланетного пространства магнитопаузой. Вдоль магнитопаузы частицы корпускулярных потоков солнечного ветра обтекают магнитосферу.

Через лучистое и корпускулярное излучение Солнца и межпланетное магнитное поле осуществляется непрерывное влияние на все процессы, происходящие на поверхности Земли и в земной атмосфере.

Возмущения магнитного поля сопровождаются нарушениями радиосвязи в полярных районах.

Сильные магнитные бури происходят при наличии вблизи центра солнечного диска больших групп пятен. Но связаны они с солнечными вспышками, которые появляются во время развития группы пятен. Жёсткое излучение вспышки вызывает в ионосфере резкое увеличение ионизации.