IV. ДИНАМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ОКОЛОЗЕМНОМ КОСМИЧЕСКОМ ПРОСТРАНСТВЕ

4.1. Идентификация корональных выбросов вещества

Импульсная солнечная активность в виде корональных выбросов вещества (КВВ) формируется в короне при быстром изменение конфигурации магнитных полей активных областей. При этом возможны разные механизмы генерации КВВ. В первом случае источником служат протуберанцы (плотные спокойные образования плазмы), простирающиеся от поверхности Солнца в область короны (≈ 30 тыс. км). Часть плазмы как бы «покоится» продолжительное время в деформированном поле магнитных арок. Силовые линии магнитного поля в вершине арок прогнуты вовнутрь и хорошо проводящая плазма удерживается с минимальной потенциальной энергией за счет электромагнитного взаимодействия, подобно веществу в «гамаке» (рис. 4.1).

Рис. 4.1. Схема долговременного удержания «сгустка» плазмы в деформированном магнитном поле солнечной короны

Такая геометрия препятствует стеканию плазмы вдоль силовых линий магнитного поля. Плазма может долгое время удерживаться в ловушке. При быстрой перестройке магнитного поля прогиб в линиях исчезает (линии выпрямляются – вытягиваются вверх). Это приводит к ускорению вещества плазмы до скоростей 500–1000 км/с, что является достаточным для преодоления силы тяжести. Происходит выброс замагниченного вещества во внешнее межпланетное магнитное поле (рис. 4.2).

82

В другом случае подобная эрупция плазмы в виде КВВ может осуществляться во время мощных вспышечных процессов. При перезамыкании силовых линий магнитного поля происходит ускорение заряженных частиц (генерация солнечных космических лучей с энергией ≥ МэВ) и в стягивающихся петлях магнитного поля также происходит формирование плазменных сгустков с последующим выбросом в ММП. В отдельных случаях энергия, уносимая КВВ, может достигать огромных значений ≈ 1032 эрг. Как правило, эта энергия распределяется приблизительно поровну между кинетической и магнитной составляющими.

При распространении со скоростью около 500 км/с сгусток плазмы достигает орбиты Земли через трое суток и может вызвать геомагнитные бури и причинить значительный ущерб в техногенной деятельности человеческого сообщества. Часть событий с КВВ имеет значительно более высокую скорость ~1000 км/с, что сокращает вдвое время «подлета» к Земле.

Ряд стационарных спутников, расположенных в точке Лагранжа (SOHO, ACE и др.) на расстоянии 1,5 млн км от орбиты Земли, оснащены внезатменными коронографами, которые позволяют вести непрерывные наблюдения за короной Солнца в разных диапазонах как оптического, так и рентгеновского излучения. Коронографы этого типа всегда направлены на Солнце и снабжены экраном, который обеспечивает затенение диска Солнца, что позволяет проводить непрерывную визуализацию процессов в короне. Искусственное затенение подобно природному эффекту затмения Солнца диском Луны. В этом случае оптические спектрометры не «слепнут» и способны регистрировать излучение короны, интенсивность которого в миллионы раз меньше излучения с поверхности Солнца (рис. 4.2). Внезатменные коронографы хорошо фиксируют только лимбовые явления, т.е. выбросы вещества, которые распространяются не в сторону Земли, а в боковые направления. Видно образование и динамика отделения от Солнца огромного петлеобразного светящегося выброса вещества.

Снимки отдельных спутников дают проекцию КВВ на картинную плоскость наблюдения и по ним нельзя определить истинное направление распространения возмущения. Снимки типа «гало» (изотропное излучение по всему лимбу относительно диска)

83

тора заключается в слишком малом интервале времени для принятия «защитных» мер в области техногенной деятельности, а также локальность информации о характеристиках сгустка. На расстоянии 1 a.e. характерный масштаб непрерывно расширяющегося КВВ на несколько порядков превышает размер магнитосферы Земли. Поэтому измерение характеристик в отдельной точке объема огромного сгустка не дает полного представления о структуре и мощности всего КВВ.

Развито много методов и получено большое количество прямых и косвенных данных о моменте зарождения КВВ, их начальном периоде развития как на Солнце, так и в его ближайшей окрестности. Однако после выхода КВВ в область ММП наблюдать за их дальнейшим развитием и распространением становится значительно сложнее. На расстояниях порядка радиуса Солнца область КВВ становится практически невидимой. Спутниковые оптические снимки лимба типа «гало» (изотропное свечение) лишь качественно указывают направление распространения сгустка энергии излучения.

В настоящее время отсутствуют возможности и технические средства для прямой идентификации области КВВ на дальних «подступах» по отношению к Земле. Для отдаленной идентификации КВВ в межпланетном магнитном поле можно использовать в качестве зонда поток ГКЛ высокой энергии (порядка 100 ГэВ). Пересекая магнитное облако движущегося КВВ, поток протонов ГКЛ в направлении Земли перестает быть однородным и изотропным. При этом ГКЛ могут претерпевать качественные изменения за счет:

–локальной анизотропии (выбывание из пучка) в магнитном поле с повышенной напряженностью;

–приобретенной модуляции в неравновесной замагниченной плазме.

Вгелиосфере длина продольного свободного пробега высокоэнергичных частиц ГКЛ составляет около 1 а.е. Поэтому приобретенную анизотропию и модуляцию можно наблюдать задолго до прихода КВВ к орбите Земли. На рис. 4.3 приведена качественная схема изменений высокоэнергичного потока ГКЛ при пересечении возмущенного магнитного поля области КВВ. В сгустке плазмы поток частиц испытывает рассеяние и модуляцию интенсивности.

85