Стартовая Предметный указатель Новости науки и техники
Новости науки и техники
Термоядерный синтез
Текущие и будущие, земные и фундаментальные проблемы "звездного" реактора.
Строительство термоядерного реактора, проект которого под названием "токамак" предложили еще в прошлом веке ученые Тамм Игорь Евгеньевич и Сахаров Андрей Дмитриевич, потребовало дополнительного финансирования в 2010 году. Но парламент Европы не согласен поддержать проэкт. Далее...

Термоядерный синтез

вспышка на солнце

ВСПЫШКА НА СОЛНЦЕ - нестационарный процесс в атмосфере Солнца, представляющий собой самое мощное из всех проявлений солнечной активности. В больших В. н. С. выделение энергии достигает (1-3)*1032 эрг за время порядка 103 с, что соответствует ср. мощности (1-3)*1029 эрг*с-1. В отд. моменты времени энерговыделение может в неск. раз превышать указанные значения. Осн. часть энергии вспышки выделяется в виде выбросов плазмы, движущихся в солнечной короне и межпланетном пространстве со скоростями до 1000 км*с-1, потоков ускоренных до гигантских энергий частиц, жёсткого эл--магн. излучения. Обычно мощная вспышка наблюдается как увеличение яркости участка хромосферы Солнца, в свете хромосферных линий, к-рое охватывает большую площадь (иногда до 10-3 площади видимой полусферы Солнца) в виде двух вспышечных лент (рис. 1). Как правило, эти ленты расположены в областях магн. полей противоположной полярности. В. н. С., если иметь в виду её гл. процесс, представляет собой специфически корональное, а не хромосферное явление. Это следует уже из относительно большой (1119918-173.jpg90% полного излучения) роли рентг. и УФ-излучения вспышки. Оптич. излучение скорее всего возникает как вторичный эффект вдали от сердцевины вспышки, гл. обр. в основаниях рентг. и УФ-петель. Эти петли и являются наблюдаемой частью источника энергии вспышки.


1119918-171.jpg

Рис. 1. Солнечная вспышка, наблюдаемая в виде двух лент в водородной линии 1119918-172.jpg. Штриховой линией отмечена нейтральная линия фотосферного магнитного поля (линия, на которой нормальный к поверхности Солнца компонент магнитного поля равен нулю).

1119918-174.jpg

Рис. 2. Модель магнитного поля для четырёх пятен попарно противоположной полярности. Магнитные потоки разделены граничной поверхностью, состоящей из двух куполов. Каждый из этих куполов опирается на замкнутую граничную линию в фотосфере. Купола пересекаются в пространстве по предельной силовой линии (жирная линия) и делят пространство на четыре области, а магнитное поле соответственно на четыре независимых потока. Предельная силовая линия является общей для этих потоков. Она спускается к фотосфере в нулевых точках X1 и X2. Штрихпунктиром отмечена нейтральная линия фотосферного магнитного поля.

Базирующиеся на наблюдат. данных теоретич. модели свидетельствуют в пользу предположения, что главный вспышечный процесс обусловлен накоплением свободной магнитной энергии в верх. хромосфере и ниж. короне. Под свободной здесь понимается магн. энергия, избыточная по сравнению с энергией потенц. поля, имеющего те же источники в фотосфере. Возникновение такого избытка может осуществляться разл. путями. Один из них, напр., такой. Медленные движения источников (токов) под фотосферой непрерывно изменяют магнитное поле в атмосфере Солнца. В нек-рый момент оно может стать достаточно сложным - будет содержать т. н. предельную силовую линию (рис. 2). Эта линия - важная топологич. особенность поля, поскольку она является общей для взаимодействующих магн. потоков. Через предельную линию происходит перераспределение магн. потоков, к-рое необходимо для того, чтобы магн. поле оставалось потенциальным при изменении его источников в фотосфере. В присутствии солнечной плазмы, к-рая обладает высокой проводимостью, предельная линия играет ту же роль, что и нулевая линия магн. поля (рис. 3), хорошо изученная эксперим. и теоретич. методами в рамках двумерных моделей. С момента появления такой линии электрич. поле, индуцируемое изменениями магн. поля, вызывает вдоль неё ток. Последний из-за взаимодействия с магн. полем принимает форму токового слоя. В условиях высокой проводимости токовый слой препятствует перераспределению магн. потоков. В результате происходит накопление энергии в виде магн. энергии токового слоя в атмосфере Солнца.

1119918-175.jpg

Рис. 3. Формирование токового слоя на нулевой линии магнитного поля: а - силовые линии магнитного поля в окрестности нулевой линии X1-типа, которая перпендикулярна плоскости рисунка (E - направленное вдоль нулевой линии электрическое поле); б - токовый слой, образующийся на нулевой линии.


Трём стадиям развития токового слоя можно поставить в соответствие, в рамках модели С. И. Сыроватского, три фазы В. н. С.

Нач. фаза - сравнительно длительная (часы или десятки часов) стадия возникновения и формирования (расширения) токового слоя. На этой стадии преобладает джоулев нагрев плазмы током в слое. В принципе, на этой стадии возможно установление квазистационарного режима, когда слой расширился настолько, что скорость диссипации магн. поля в нём

1119918-176.jpg

(1119918-177.jpg - скорость диффузии магн. силовых линий, втекающих с двух сторон в токовый слой но всей его площади 2S, 1119918-178.jpg - время диффузии магн. поля поперёк слоя толщины а) останавливает дальнейший рост магн. энергии, а джоулев нагрев плазмы в слое уравновешен потерями энергии на излучение. По достижении слоем критич. значений его параметров такой баланс энергии становится невозможным и начинается существенно нестационарная стадия развития токового слоя.

Вторую стадию развития наз. взрывной или импульсной фазой вспышки. Она характеризуется резким уменьшением проводимости слоя вследствие возбуждения в нём плазменной турбулентности (см. Турбулентность плазмы ),что приводит к быстрому проникновению в слой магн. поля, увеличению скорости его аннигиляции и разрушению или разрыву слоя. В результате за короткое время (десятки секунд) выделяется огромная энергия, запасённая в магн. поле токового слоя. Выделение энергии идёт в форме гидродинамич. течений (разрыв слоя сопровождается быстрыми движениями плазмы), мощных потоков тепла из области разрыва токового слоя и в виде ускоренных частиц (электроны, протоны и ядра более тяжёлых элементов).

Третья - горячая фаза вспышки - соответствует стадии существования высокотемпературной корональ-ной области пересоединения магн. силовых линий. Здесь гл. каналом выделения энергии является джоулев нагрев в области аномального сопротивления. В охлаждении такого высокотемпературного турбулентного токового слоя важную роль играют тепловые потоки.

Итак, источник энергии вспышки - токовый слой - расположен на предельной силовой линии магн. поля в короне. Потоки тепла и ускоренных частиц распространяются вдоль магн. силовых линий и вызывают нагрев хромосферы по разные стороны от нейтральной линии фотосферного магн. поля. Так образуются вспышечные ленты, наблюдаемые в хромосферных линиях (рис. 1). Сама нейтральная линия остаётся тёмной, т. к. потоки энергии к ней не поступают (она почти всегда не связана силовыми линиями с токовым слоем).

Наличие неск. каналов выделения энергии в токовом слое - гидродинамич. течения плазмы, тепло, излучение, ускоренные частицы-определяет большое многообразие физ. процессов, вызываемых В. н. С. в атмосфере Солнца, как, напр., тепловые и ударные волны, радио-и жёсткое рентг. излучение ускоренных электронов, ядерные реакции и порождаемое ими 1119918-179.jpg-излучение.

Исследование В. н. С. имеет практич. значение, т. к. они оказывают сильное воздействие на ионосферу, вызывая нарушения радиосвязи, работы радионавигац. устройств и т. д. В. н. С. существенно влияют на состояние околоземного космич. пространства. В связи с пилотируемыми космич. полётами возникла серьёзная задача защиты космонавтов от ионизир. излучения вспышек и заблаговременного прогнозирования возможной радиац. опасности. Наконец, имеются свидетельства влияния вспышечной активности Солнца на погоду и состояние биосферы Земли (см. Солнечно-земные связи).

Лит.: Зирин Г., Солнечная атмосфера, пер. с англ., M., 1969; Сомов Б. В., Сыроватский С. И., Физические процессы в атмосфере Солнца, вызываемые вспышками, "УФН", 1976, т. 120, с. 217; Проблемы солнечной активности и космическая система "Прогноз", M., 1977; Гершберг P. E., Вспыхивающие звезды малых масс, M., 1978; Сомов Б. В., Быстрое магнитное пересоединение и транзиентные явления с ускорением частиц в солнечной короне, "Изв. АН СССР, сер. физ.", 1981, т. 45, № 4, с. 576; Вспыхивающие звезды и родственные объекты, Ep., 1986; Priest E. R., Solar magnetohydrodynamics, Dordrecht - [а.о.], 1982. Б. В. Сомов.

  Предметный указатель