Солнечные космические лучи. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Солнечные космические лучи - потоки ускоренных заряж. частиц, эпизодически появляющиеся в межпланетном пространстве на фоне галактических космических лучей (ГКЛ) после нек-рых солнечных вспышек. Способность Солнца испускать ускоренные частицы впервые обнаружена в 1942 С. Форбушем (S. Forbush) и др., зарегистрировавшими резкое увеличение потока частиц после солнечной вспышки. Факт ускорения частиц на Солнце подтверждается, помимо регистрации С. к. л. в межпланетном пространстве, наблюдениями рентг. и радиоизлучения Солнца, а также регистрацией

-линий и нейтронов, возникающих во время солнечных вспышек в результате ядерных реакций ускоренных частиц в атмосфере Солнца.

В состав С. к. л. входят протоны, более тяжёлые ядра и электроны. Относит. содержание ядер в области энергий

эВ совпадает с их распространённостью в солнечной короне (см. Солнце ).В области меньших энергий потоки С. к. л. часто обогащены тяжёлыми ядрами. Наиб. заметные отклонения от состава солнечной атмосферы связаны с изотопом гелия ³Не. Зарегистрированы события с аномально большим содержанием ³Не, в нек-рых из них отношение содержания ³Не/⁴Не в области энергий порядка неск. МэВ/нукл. в 10³-10⁴ раз превышает солнечное.

Поток С. к. л. состоит из частиц более низких по сравнению с ГКЛ энергий. Величина пороговой (минимальной) энергии, с к-рой начинается устойчивое ускорение частиц, не установлена. В межпланетном пространстве в С. к. л. наблюдаются электроны с мин. энергией 2 кэВ, ядра - с энергией в десятки кэВ/нукл. Макс. наблюдавшаяся энергия протонов С. к. л.

2*10¹⁰ эВ (вспышка 23 февраля 1956). Во всём интервале наблюдаемых энергий спектр С. к. л. падающий, с более быстрым уменьшением числа частиц в области больших энергий. Обычно форма дифференц. спектров, измеренных в межпланетном пространстве, описывается степенной функцией

. Характерная величина

в событиях, когда измеренные спектры наиб. близки к спектрам в источнике, составляет 2-4 (

МэВ).

Потоки С. к. л. меняются от вспышки к вспышке на неск. порядков величины. Частота появлений С. к. л. коррелирует с уровнем солнечной активности в 11-летнем солнечном цикле. Циклы различаются по мощности генерации С. к. л. Наиб. активным был 19-й цикл (1954-64), когда суммарный поток протонов с

эВ составил 7,2*10¹⁰ см^-2. В 20-м (1964-70) и 21-м (1976-1986) циклах потоки С. к. л. были более слабыми -

2*10¹⁰ см^-2. В настоящем, 22-м цикле вновь происходила сильная генерация С. к. л. Суммарный поток от событий, произошедших за 3 года (1989-91), достиг

5*10¹⁰ см^-2. Второе по мощности событие наблюдалось 29 сент. 1991 (энергия протонов > 10¹⁰ эВ). С начала непрерывных наблюдений (1956-91) на Земле зарегистрировано 48 событий с релятивистскими протонами

эВ). Случаи, когда из Солнца выбрасываются протоны меньших энергий (

10⁷ эВ), происходят гораздо чаще - от одного до неск. десятков в год, близкий к максимуму солнечной активности. Ещё чаще после слабых вспышек регистрируются только потоки нерелятивистских электронов с энергией до 100-200 кэВ. Механизм ускорения частиц на Солнце остаётся неясным; однако нек-рые характеристики «солнечного ускорителя» известны. Ускорение частиц происходит в импульсной фазе вспышки на Солнце в верх. хромосфере или в ниж. короне при плотности плазмы 10¹⁰- 10¹³ см^-3, температуре 10⁶-10⁷ К и магн. поле порядка неск. сотен гаусс. Темп набора энергии быстрый, причём ускорение электронов до ~10⁷ эВ и протонов до ~10⁹ эВ может происходить практически одновременно в течение неск. секунд. Полное число ускоренных протонов с

эВ может достигать 10³⁴, а их суммарная энергия - 10³¹ эрг. На долю всех ускоренных частиц, в осн. протонов, приходится неск. процентов от полного энерговыделения во вспышке. Пока неясно, во всех ли достаточно энергичных вспышках происходит ускорение частиц. Из данных по

-линиям следует, что бывают случаи ускорения частиц на Солнце, не сопровождающиеся адекватными потоками С. к. л. в межпланетном пространстве, и наоборот, иногда наблюдаются большие потоки С. к. л. после вспышек без

-линий. Отсутствие однозначной связи между числом ускоренных частиц и их частью, выходящей в межпланетное пространство, требует, очевидно, более детального исследования условий генерации и выхода частиц, из области ускорения, а также процессов их распространения в межпланетном пространстве. Ускоренные на Солнце частицы заполняют гелиосферу (см. Межпланетная среда ),двигаясь в регулярном межпланетном магн. поле (ММП) (см. в ст. Солнечный ветер)и рассеиваясь на его неоднородностях. Характерный временной профиль С. к. л. имеет быстрый подъём и более плавный спад интенсивности, полная длительность возрастания порядка неск. часов для частиц больших энергий и десятков часов для менее энергичных частиц. Во мн. случаях такой профиль удовлетворительно описывается моделью анизотропной диффузии с импульсной или длительной инжекцией. Из-за спиральной формы силовых линий ММП наиб. благоприятными для наблюдения С. к. л. являются события от вспышек, происходящих вблизи основания силовой линии, соединяющей точку наблюдения с Солнцем. Для Земли это гелиодолготы W 50°-70°. С. к. л. являются одним из компонентов системы солнечно-земных связей. В частности, потоки С. к. л., попадая в атмосферу Земли на высоких широтах, вызывают дополнит. ионизацию ионосферы и нарушение радиосвязи. Интенсивные потоки С. к. л. в межпланетном пространстве - один из источников радиац. опасности при космич. полётах.

Литература по солнечным космическим лучам

Знаете ли Вы, как разрешается парадокс Ольберса?
(Фотометрический парадокс, парадокс Ольберса - это один из парадоксов космологии, заключающийся в том, что во Вселенной, равномерно заполненной звёздами, яркость неба (в том числе ночного) должна быть примерно равна яркости солнечного диска. Это должно иметь место потому, что по любому направлению неба луч зрения рано или поздно упрется в поверхность звезды.
Иными словами парадос Ольберса заключается в том, что если Вселенная бесконечна, то черного неба мы не увидим, так как излучение дальних звезд будет суммироваться с излучением ближних, и небо должно иметь среднюю температуру фотосфер звезд. При поглощении света межзвездным веществом, оно будет разогреваться до температуры звездных фотосфер и излучать также ярко, как звезды. Однако в дело вступает явление "усталости света", открытое Эдвином Хабблом, который показал, что чем дальше от нас расположена галактика, тем больше становится красным свет ее излучения, то есть фотоны как бы "устают", отдают свою энергию межзвездной среде. На очень больших расстояниях галактики видны только в радиодиапазоне, так как их свет вовсе потерял энергию идя через бескрайние просторы Вселенной. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.