Вспышка на солнце: описание явления и причины возникновения. Физика солнечных вспышек

В последнее время в различных источниках появляется все больше информации о «конце света» и о возможных катаклизмах, связанных с природными явлениями, а также о техногенных катастрофах. Огромное количество противоречивых данных вводит в ступор неподготовленных людей и приводит к тому, что они стараются вообще не думать на эту тему и пропускают все мимо ушей. Однако если верить народной мудрости, наличие дыма означает, что где-то горит огонь, и не обращать на это внимание было бы с нашей стороны обычным невежеством. Рассмотрим одно из множества явлений, которое по некоторым предположениям и прогнозам может стать причиной масштабной катастрофы.

Вспышки на попали в поле зрения людей еще в 1859 году, тогда они стали причиной неисправностей с телеграфными линиями. Кроме того, это событие привело к тому, что северное сияние можно было увидеть на Гавайях. Как известно, наше светило существует по определенным циклам – в течении одиннадцати лет солнечная активность имеет минимальную величину, а после этого она значительно возрастает. Максимальные вспышки наблюдаются как раз на пике активности. В это время Солнце выделяет магнитную и радиационную энергии, а также ультрафиолет в очень больших количествах. Они доходят до Земли буквально за несколько часов. Солнечное излучение должно останавливаться магнитным полем нашей планеты, которое предотвращает нанесение ей значительного ущерба, однако вследствие его истощения должная безопасность не может быть гарантирована.

Так к каким же конкретным последствиям могут привести и возможно ли от них защититься? Данное явление способно вызвать очень большие геомагнитные бури и полный отказ электрической сети. Это может привести не только к невозможности использования электрических приборов, но и к катастрофе глобального характера. Если что-то подобное случится, все начнется с того, что люди смогут увидеть очень яркое сияние большой интенсивности. После этого перестанут работать все трансформаторы и энергетические системы. По прогнозам специалистов, в США все ключевые трансформаторы сгорят всего за 90 секунд, и без электричества останутся больше, чем 130 млн. человек.

Вначале катастрофы никто не погибнет, но достаточно быстро начнут разрушаться структуры и системы, от которых напрямую зависит жизнь огромного количества людей. Перестанут работать нефтепроводы и газопроводы, в населенные пункты не будет поступать вода, бензоколонки выйдут из строя. Автономные энергетические системы, которые есть в некоторых учреждениях, рассчитаны на функционирование в течении трех дней. По подсчетам экспертов за год могут умереть несколько миллионов человек, и их смерть будет связана с косвенными причинами остановки экономики.

Но стоит ли делать такие мрачные и безнадежные прогнозы в связи с событием, которого может и не произойти? Как говорят специалисты, подобная электромагнитная буря вполне возможна, и ее проявление всего лишь вопрос времени. По словам профессора Дениэля Бейкера масштабные вспышки на Солнце могут привести к результатам, которые сравнимы с падением огромного астероида или с ядерной войной. Даже если произойдет событие, подобное тому, которое наблюдалось в 1859 году, современные люди его могут и не пережить. Это связано с сегодняшним уровнем развития промышленности и с важностью трансформаторов, на замену которых требуется очень много времени. Как видим, несмотря на все достижения современного человечества, в каком-то смысле оно сейчас является более уязвимым, чем 150 лет назад. Развитие различных сфер человеческой деятельности ставит людей в прямую зависимость от новых изобретений и от техники, которая постоянно усовершенствуется. Это наводит на мысль, что у каждого достижения есть обратная сторона, и когда-нибудь она может проявиться во всей своей красе.

Как мы знаем, сейчас активно обсуждается не только чрезмерная солнечная активность, но и возможность падения астероида, таяние полярных льдов, опасности большого андронного колайдера, эпидемии, наводнения и многое другое. Некоторые даже говорят о восстании машин и о нашествии представителей внеземных цивилизаций. С другой стороны в литературе и в прессе появляются сообщения о том, что пришло время трансформации человечества, и что для выживания люди должны измениться духовно и нравственно. Чаще всего, такое преобразования связывается с возможностями религий и эзотерических течений. Несмотря на то, что многие прогнозы не очень оптимистичны, люди начинают задумываться о своем месте в мире и о том, что им нужно делать, для того чтобы выжить. Может быть, изменение достаточного большого количества людей сможет предотвратить катастрофу или сделать ее менее разрушительной. Каждому из нас остается только работать над собой и надеяться на лучшее.

Б.В. Сомов, доктор физико-математических наук,
Государственный астрономический институт им. П.К. Штернберга, МГУ

Во время большой вспышки поток жесткого электромагнитного излучения Солнца возрастает во много раз. В невидимых для нас ультрафиолетовых (УФ), рентгеновских и гамма-лучах наше светило становится "ярче тысячи солнц". Излучение достигает орбиты Земли через восемь минут после начала вспышки. Через несколько десятков минут приходят потоки заряженных частиц, ускоренных до гигантских энергий, а через двое-трое суток - огромные облака солнечной плазмы. К счастью, озоновый слой атмосферы Земли защищает нас от опасного излучения, а геомагнитное поле - от частиц. Однако даже на Земле, тем более в космосе, солнечные вспышки опасны и необходимо уметь их заблаговременно прогнозировать. Что же такое солнечная вспышка, как и почему она возникает?

Солнце и мы

Ближайшая к нам звезда - Солнце - родилась около 5 млрд. лет тому назад. Внутри нее идут ядерные реакции, благодаря которым существует жизнь на Земле. Построенные на основе современных наблюдений теоретические модели строения и эволюции Солнца не оставляют сомнений в том, что оно будет сиять еще миллиарды лет.

Солнечное излучение - главный источник энергии для земной атмосферы. Фотохимические процессы в ней особенно чувствительны к жесткому УФ-излучению, которое вызывает сильную ионизацию. Поэтому когда Земля была молодой, жизнь существовала только в океане. Позднее, примерно 400 млн. лет назад, появился озоновый слой, поглощающий ионизирующее изучение, и жизнь вышла на сушу. С тех пор озоновый слой защищает нас от разрушительного воздействия жесткого УФ-излучения.

Магнитное поле Земли, ее магнитосфера препятствует проникновению к Земле быстрых заряженных частиц солнечного ветра (Земля и Вселенная, 1974, № 4; 1999, № 5). Когда его порывы взаимодействуют с магнитосферой, часть частиц все-таки высыпается вблизи магнитных полюсов Земли, порождая полярные сияния.

Увы, гармонию наших отношений с Солнцем нарушают солнечные вспышки.

Вспышки на Солнце

Последние десятилетия сразу несколько космических обсерваторий пристально вглядываются в "разгневанное" Солнце с помощью специальных рентгеновских и УФ-телескопов. Сейчас таких космических аппаратов четыре: американские "SOHO" (Solar and Heliospheric Observatory - солнечная гелиосферная обсерватория; Земля и Вселенная, 2003, № 3), "TRACE" (Transition Region and Coronal Explorer - исследователь короны и переходного слоя), "RHESSI" (Ramaty High Energy Solar Spectroscopic Imager - солнечный спектральный телескоп высокоэнергичного излучения им. Рамати) и российский спутник "Коронас-Ф" (Земля и Вселенная, 2002, № 6).

Огромный интерес к вспышкам на Солнце не случаен. Большие вспышки оказывают сильное воздействие на околоземное космическое пространство. Потоки частиц и излучения опасны для космонавтов. Кроме того, они могут повредить электронные приборы космических аппаратов, нарушить их работу.

УФ- и рентгеновские лучи от вспышки внезапно увеличивают ионизацию в верхних слоях атмосферы Земли, в ионосфере. Это может приводить к нарушениям радиосвязи, сбоям в работе радионавигационных приборов кораблей и самолетов, радиолокационных систем, длинных линий электроснабжения. Частицы высоких энергий, проникая в верхнюю атмосферу Земли, разрушают озоновый слой. Содержание озона уменьшается из года в год. Научную дискуссию вызывает вопрос о вероятной связи вспышечной активности Солнца с климатом на Земле.

Ударные волны и выбросы солнечной плазмы после вспышек сильно возмущают магнитосферу Земли, вызывают магнитные бури (Земля и Вселенная, 1999, № 5). Важно, что возмущения магнитного поля на поверхности Земли могут влиять на живые организмы, на состояние биосферы Земли (Земля и Вселенная, 1974, № 4; 1981, № 4), хотя это воздействие кажется пренебрежимо малым по сравнению с другими факторами нашей повседневной жизни.

Прогнозирование вспышек

Необходимость прогнозирования солнечных вспышек возникла давно, но особенно остро в связи с пилотируемыми космическими полетами. Долгое время почти независимо и практически безрезультатно разрабатывались два подхода к решению этой проблемы. Их можно условно назвать синоптическим и каузальным (причинным). Первый - сходный с предсказаниями погоды - базировался на изучении морфологических особенностей предвспышечных ситуаций на Солнце. Второй метод подразумевает знание физического механизма вспышки и, соответственно, распознавание предвспышечной ситуации путем ее моделирования.

До начала космических исследований, на протяжении многих лет, наблюдения вспышек велись преимущественно в оптическом диапазоне электромагнитного излучения: в линии водорода Нa и в "белом свете" (непрерывном спектре видимого излучения). Наблюдения в магниточувствительных линиях позволили установить тесную связь вспышек с магнитными полями на поверхности Солнца (фотосфере). Часто вспышка видна как увеличение яркости хромосферы (слой непосредственно над фотосферой) в виде двух светящихся лент, расположенных в областях магнитных полей противоположной полярности. Радионаблюдения подтверждали эту закономерность, имеющую принципиальное значение для объяснения механизма вспышки. Однако его понимание оставалось на чисто эмпирическом уровне, а теоретические модели (даже самые правдоподобные) казались совершенно не убедительными (Земля и Вселенная, 1974, № 4).

Рис. 1 - Солнечная вспышка (рентгеновский балл Х5.7), зарегистрированная 14 июля 2000 г. со спутников "TRACE" и "Yohkoh". Видна аркада вспышечных петель: слева в УФ (195 А); в центре - в мягком рентгеновском излучении; справа - источники жесткого рентгеновского излучения (53 - 94 кэВ), расположенные вдоль вспышечных лент - основания аркады. NL - фотосферная нейтральная линия.

Уже первые внеатмосферные наблюдения с помощью космических аппаратов показали, что солнечные вспышки представляют собой корональное, а не хромосферное явление. Современные многоволновые наблюдения Солнца с космических и наземных обсерваторий свидетельствуют о том, что источник энергии вспышки расположен над аркадой вспышечных петель (светлые полосы на рисунке слева) в короне, наблюдаемых в мягком рентгеновском и УФ-излучении. Аркады опираются на хромосферные вспышечные ленты, которые расположены по разные стороны линии раздела полярности фотосферного магнитного поля, или фотосферной нейтральной линии.

Энергия вспышки

Солнечная вспышка - самое мощное из всех проявлений активности Солнца. Энергия большой вспышки достигает (1-3)x10 32 эрг, что приблизительно в сто раз превышает тепловую энергию, которую можно было бы получить при сжигании всех разведанных запасов нефти и угля на Земле. Эта гигантская энергия выделяется на Солнце за несколько минут и соответствует средней (за время вспышки) мощности 10 29 эрг/с. Однако это меньше сотых долей процента от мощности полного излучения Солнца в оптическом диапазоне, равной 4x10 33 эрг/с. Она называется солнечной постоянной. Поэтому при вспышке не происходит заметного увеличения светимости Солнца. Лишь самые большие из них можно заметить в непрерывном оптическом излучении.

Откуда и как черпает свою огромную энергию солнечная вспышка?

Источник энергии вспышки - магнитное поле в атмосфере Солнца. Оно определяет морфологию и энергетику той активной области, где произойдет вспышка. Здесь энергия поля много больше, чем тепловая и кинетическая энергия плазмы. Во время вспышки происходит быстрое превращение избыточной энергии поля в энергию частиц и изменения плазмы. Физический процесс, обеспечивающий такое превращение, называется магнитным пересоединением.

Что такое пересоединение?

Рассмотрим простейший пример, который демонстрирует явление магнитного пересоединения. Пусть два параллельных проводника расположены на расстоянии 2l друг от друга. По каждому из проводников течет электрический ток. Магнитное поле этих токов состоит из трех различных магнитных потоков. Два из них - Ф 1 и Ф 2 - принадлежат соответственно верхнему и нижнему токам; каждый поток охватывает свой проводник. Они расположены внутри сепаратрисной линии поля А 1 А 2 (сепаратрисы), которая образует "восьмерку" с точкой пересечения X. Третий поток расположен вне сепаратрисной линии. Он принадлежит одновременно обоим проводникам.

Если мы сместим оба проводника в направлении друг к другу на величину dl, то магнитные потоки перераспределятся. Собственные потоки каждого из токов уменьшатся на величину dФ, а их общий поток увеличится на ту же величину (объединенный поток Ф 1 " и Ф 2 "). Этот процесс называется пересоединением линий магнитного поля, или просто магнитным пересоединением. Он осуществляется следующим образом. Две линии поля подходят к точке X сверху и снизу, сливаются c ней, образуя новую сепаратрису, и затем соединяются так, чтобы образовать новую линию поля, которая охватывает оба тока.

Рис. 2 - Магнитное поле двух параллельных электрических токов одинаковой величины I:
a) в начальный момент времени; А 1 А 2 - сепаратриса; Ф 1 Ф 2 - магнитный поток до пересоединения;
А3 - линия поля общего магнитного потока двух токов;
б) после смещения проводников на расстояние dl друг к другу. А 1 А 2 - новая сепаратриса; Ф 1 Ф 2 - пересоединенный магнитный поток. Он стал обшим потоком двух токов; линия X проходит перпендикулярно плоскости рисунка;
в) магнитное пересоединение в плазме. Показано промежуточное (предвспышечное) состояние с непересоединяющим (медленно пересоединяющим) токовым слоем CL.

Отметим, что такое пересоединение в вакууме при всей его простоте - реальный физический процесс. Его можно легко воспроизвести в лаборатории. Пересоединение магнитного потока индуцирует электрическое поле, величину которого можно оценить, разделив величину dФ на характерное время процесса пересоединения dt, то есть время движения проводников. Это поле будет ускорять заряженную частицу, помещенную вблизи точки Х, точнее говоря, линии Х.

Плазма солнечной короны отличается от вакуума очень высокой электрической проводимостью. Как только появляется индуцируемое пересоединением электрическое поле E, оно сразу же порождает электрический ток, направленный вдоль линии Х. Он приобретает форму токового слоя, который препятствуют процессу пересоединения. В плазме высокой проводимости токовый слой делает пересоединение между взаимодействующими магнитными потоками очень медленным. Это приводит к тому, что значительная часть энергии взаимодействия накапливается в виде избытка магнитной энергии, а именно магнитной энергии токового слоя.

Токовые слои и вспышки

В общем случае пересоединяющий токовый слой представляет собой магнито-плазменную структуру, как минимум, двумерную и, как правило, двухмасштабную, поскольку втекание плазмы в слой и вытекание из него осуществляются в ортогональных направлениях. Обычно (особенно в условиях сильного магнитного поля) ширина слоя (2b) много больше его толщины (2a). Это важно, поскольку, чем шире токовый слой, тем большую энергию он может накопить в области взаимодействия магнитных потоков. Между тем, чем толще слой, тем больше скорость диссипации (потери) накопленной энергии. Эти фундаментальные свойства пересоединяющего токового слоя составляют основу модели солнечной вспышки, предложенной выдающимся российским астрофизиком С.И. Сыроватским (1925-1979).

Рис. 3 - Простейшая модель пересоединяющего токового слоя - нейтральный слой.
2в - ширина слоя; 2а - толщина слоя; стрелками показаны направления втекания плазмы в слой и вытекания из него.

В реальных трех измерениях только в последние десятилетия, благодаря космическим исследованиям Солнца стала понятна роль топологических свойств крупномасштабных магнитных полей и кинетических плазменных явлений, вовлеченных в процесс пересоединения во вспышках.

"Радуга" и "молнии" на Солнце

Первоначально взаимодействие магнитных потоков в атмосфере Солнца рассматривалось исключительно как результат всплывания нового магнитного поля из-под фотосферы в корону. Новый магнитный поток, поднимаясь в солнечной атмосфере, взаимодействует со старым, предшествующим магнитным потоком. В действительности, взаимодействие магнитных потоков в атмосфере Солнца - гораздо более общее явление. В 1985 г. автор статьи предложил модель, которая связывает вихревые течения плазмы в фотосфере с появлением в короне особых линий магнитного поля - сепараторов. Сепаратор появляется над S-образным изгибом фотосферной нейтральной линии подобно радуге над изгибом реки. Такие изгибы весьма характерны для магнитограмм больших вспышек.

Рис. 4 - Модель магнитного поля активной области перед вспышкой. Особая линия магнитного поля - сепаратор (Х) над S-образным изгибом фотосферной нейтральной линии (NL) подобен радуге над рекой. Вихревое течение со скоростью V в фотосфере деформирует фотосферную нейтральную линию так, что она приобретает форму буквы S. V_ - конвергентные фотосферные течения (направленные к нейтральной линии); V|| - сдвиговые фотосферные течения (направленные вдоль нейтральной линии). В правом верхнем углу показана структура поля в окрестности сепаратора, вблизи его вершины: B_ - поперечные составляющие поля (перпендикулярные сепаратору), B || - продольная составляющая поля (направленная вдоль сепаратора).

По структуре поля сепаратор отличается от линии Х лишь тем, что содержит продольную составляющую магнитного поля. Наличие продольного поля В||, разумеется, не запрещает процесс пересоединения. Эта составляющая всегда присутствует внутри и вне формирующегося вдоль сепаратора пересоединяющего токового слоя. Она влияет на скорость пересоединения поперечных составляющих поля B_ и, следовательно, на мощность процесса преобразования энергии поля в тепловую и кинетическую энергии частиц. Это позволяет лучше понять и точнее объяснить особенности энерговыделения в солнечной вспышке.

Вспышка - быстрое магнитное пересоединение, которое подобно гигантской молнии вдоль "радуги" сепаратора. Оно связано с сильным электрическим полем (больше 10-30 В/см) в высокотемпературном (более 10 8 К) турбулентном токовом слое (ВТТТС), несущем огромный электрический ток (порядка 10 11 А).

Первичное энерговыделение

Картина вспышки во всем ее многообразии и красоте (см. стр. 1 обложки) - следствие первичного выделения энергии в ВТТТС. Наличие нескольких каналов выделения энергии в токовом слое (течения плазмы, тепловое и электромагнитное излучение, ускоренные частицы) определяет многообразие физических процессов, вызываемых вспышкой в атмосфере Солнца.

Рис. 5 - Вспышки 15 апреля 2002 г. Изображения получены рентгеновским телескопом на спутнике "RHESSI" в диапазоне энергий 10-25 кэВ, который соотвествует тепловому излучению сверхгорячей плазмы:
а) непосредственно перед импульсной фазой;
б) во время импульсного нарастания потока жесткого рентгеновского излучения;
в) в максимуме интенсивности; движущийся вверх источник соответствует началу коронального выброса массы (CME).

Пересоединенные линии магнитного поля вместе со "сверхгорячей" (электронная температура больше 3x10 7 К) плазмой и ускоренными частицами движутся из ВТТТС со скоростями порядка 10 3 км/с. Рентгеновский телескоп космической обсерватории "RHESSI" зафиксировал два источника жесткого рентгеновского излучения в короне во время вспышки 15 апреля 2002 г. Один из них находился высоко над солнечным лимбом. Его движение вверх соответствовало зарождению коронального выброса массы в межпланетное пространство. Этот выброс зарегистрировал коронограф на космическом аппарате "SOHO" 16 апреля 2002 г. (Земля и Вселенная, 2003, № 3). Второй источник жесткого рентгеновского излучения находился под сепаратором. Пространственное распределение энергии жесткого рентгеновского излучения и, соответственно, пространственное распределение самых высоких температур во вспышке согласуются с предположением, что между источниками действительно находится пересоединяющий ВТТТС.

"Вторичные" эффекты под радугой

Постепенно охлаждаясь, сверхгорячая плазма становится видимой в более мягком рентгеновском излучении. В области, расположенной под сепаратором, она движется вниз и встречается с другой "горячей" (электронная температура меньше или порядка 3x10 7 К) плазмой, которая быстро течет вверх, из хромосферы в корону.

Причина этого вторичного (но не второстепенного) течения в том, что мощные потоки тепла и ускоренных частиц из ВТТТС быстро распространяются вдоль пересоединенных линий магнитного поля и моментально нагревают хромосферу по обе стороны от фотосферной нейтральной линии. Так образуются пары вспышечных лент, наблюдаемые в видимых хромосферных линиях и УФ-линиях переходного слоя между короной и хромосферой. Нагретые до высоких температур верхние слои хромосферы "испаряются" в корону. Эффект быстрого расширения нагретой хромосферной плазмы в корону хорошо виден в рентгеновских лучах. "Хромосферное испарение" (так называют это явление) вместе с плазмой, вытекающей из токового слоя, порождает аркады вспышечных петель: длинные или короткие (как во вспышке 15 апреля 2002 г.).

Рис. 6 - Гигантская солнечная вслышка (рентгеновский балл Х17) 4 ноября 2003 г. Прекрасно видна аркада вспышечных петель в короне. Изображение в линиях крайнего ультрафиолетового излучения 171 А получено с помощью УФ-телескопа КА "ТRACE".

Как уже отмечалось, в мягком рентгеновском и УФ-излучениях заключена значительная часть полной энергии вспышки, причем именно они воздействуют на верхние слои атмосферы Земли. Не удивительно, что огромные потоки этого же излучения воздействуют и на атмосферу Солнца (Земля и Вселенная, 1978, № 1): хромосферу и фотосферу, вызывая нагрев и дополнительную ионизацию солнечной плазмы. К сожалению, точности современных наблюдений пока не хватает для изучения столь тонких эффектов.

Изучение вторичных явлений имеет принципиальное значение для сравнения результатов теории вспышек с наблюдениями, поскольку видны больше всего именно следствия первичного энерговыделения: например тормозное излучение ускоренных электронов в хромосфере делает вспышечные ленты видимыми в жестком рентгеновском излучении.

Оптическое излучение вспышки - часть сложного гидродинамического отклика хромосферы и фотосферы на импульсный нагрев мощными пучками заряженных частиц, потоками тепла и жесткого электромагнитного излучения. К сожалению, пока еще нет однозначных предсказаний теории, относящихся к оптическому излучению. Слишком сложна физическая картина "отклика". Успехи достигнуты лишь на пути численного моделирования импульсного нагрева хромосферы электронными пучками. Расчеты на ЭВМ вскрыли специфические особенности импульсной фазы вспышки: формирование ударных и тепловых волн большой амплитуды, отличие электронной температуры от ионной, мощное УФ-излучение в линиях переходного слоя. Однако в целом, даже в рамках столь ограниченной постановки задачи об отклике, предстоит еще много сделать, чтобы обеспечить сравнение результатов расчетов и наблюдений.

Рис. 7 - Вспышка, зарегистрированная 23 июля 2003 г. Положительно и отрицательно заряженные частицы разных энергий высыпаются из токового слоя в хромосферу в различных областях. Изображение получено в результате наложения снимков, сделанных КА "TRACE" и "RHESSI". Распределение зеленого фона дали УФ-наблюдения со спутника "TRACE" спустя 90 м. после вспышки; видны послевспышечные петли в короне (черный цвет).

Первые пространственные наблюдения гамма-излучения вспышек на космической обсерватории "RHESSI" показали, что ускоренные электроны и ускоренные ионы вторгаются в хромосферу в различных областях. Этот новый наблюдательный факт, хотя и требует дальнейшего детального изучения, в общих чертах согласуется с предположением о первичном ускорении частиц электрическим полем в пересоединяющем ВТТТС. Положительно и отрицательно заряженные частицы ускоряются крупномасштабным электрическим полем в противоположные стороны и, соответственно, высыпаются из токового слоя в хромосферу вдоль различных линий магнитного поля. Аккуратные теоретические расчеты эффекта, к сожалению, пока отсутствуют.

Перед вспышкой

Что предшествует вспышке? В какой момент времени она происходит? Рассмотрим эти вопросы на примере модели "Радуга", разрабатываемой в отделе физики Солнца ГАИШ МГУ.
Начнем с процесса накопления энергии перед вспышкой. Главными факторами здесь являются медленные течения фотосферной плазмы, несущей магнитные поля. Фотосферные течения, направленные к нейтральной линии, принято называть конвергентными, а течения вдоль нее называются сдвиговыми.

Очевидно, конвергентные течения стремятся сжать фотосферную плазму и "вмороженное" в нее (движущееся вместе с плазмой) магнитное поле в окрестности нейтральной линии. Это приводит к формированию медленно пересоединяющего токового слоя вдоль сепаратора. При этом магнитное поле приобретает избыток магнитной энергии токового слоя. Сдвиговые течения в фотосфере растягивают линии магнитного поля в короне в направлении, параллельном сепаратору.

Суммарный избыток магнитной энергии в короне, создаваемый течениями плазмы в фотосфере, называют "свободной магнитной энергией". Именно она полностью или частично "освобождается" во время вспышки, точнее говоря, превращается из энергии поля в тепловую и кинетическую энергию частиц солнечной плазмы.

Как происходит вспышка

В модели "Радуга" предполается, что процесс быстрого пересоединения, то есть первичное энерговыделение во вспышке, начинается на сепараторе вблизи его вершины.

В процессе пересоединения первой пары линий поля создается новая линия. При этом происходит быстрое превращение соответствующей порции энергии магнитного поля в энергию частиц плазмы. Ускоренные частицы за очень короткое время долетают вдоль пересоединенной линии поля к ее основаниям в хромосфере. Здесь они отдают свою энергию: тормозятся и нагревают хромосферную плазму, порождая пару "ярких точек", называемых "вспышечные ядра эмиссии".

Рис. 8 - Так выглядит магнитное поле перед вспышкой:
а) магнитные линии f 1 и f 1 " ближе всего расположены к токовому слою (RCL).
Они пересоединяются первыми в начале вспышки.
б) во время вспышки в момент быстрого пересоединения магнитного поля.
f 2 и f 2 " - новые пересоединенные магнитные линии.
P a и P b - вспышечные ядра эмиссии. Их кажущееся смещения показаны зелеными стрелками.

Быстрое пересоединение следующей пары линий магнитного поля создает другую линию поля и новую пару ярких точек. А наблюдателю на Земле или на космической станции кажется, что оба вспышечных ядра движутся друг к другу.

Реально во вспышке в процессе пересоединения участвуют, разумеется, не две линии поля, а два магнитных потока, которые взаимодействуют между собой не в одной точке, а вдоль всего сепаратора. Поэтому пересоединение порождает не две яркие точки в хромосфере, а две вспышечные ленты.

Модель "Радуга" объясняет наличие в наблюдаемой картине вспышки двух эффектов. Во-первых, вспышечные ленты в ходе вспышки должны двигаться в противоположные стороны от фотосферной нейтральной линии. Во-вторых, наиболее яркие участки вспышечных лент могут двигаться навстречу друг другу, если освобождается магнитная энергия, накопленная за счет сдвиговых течений фотосферной плазмы, параллельных нейтральной линии.

Разумеется, реальные вспышки на Солнце не столь симметричны, как упрощенные модельные структуры. В активных областях на Солнце одна полярность магнитного поля в фотосфере, как правило, доминирует над другой. Тем не менее, модель "Радуга" - хорошая основа для сравнения теории пересоединения при вспышке с современными многоволновыми их наблюдениями.

Рис. 9 - Вспышка (рентгеновский балл X5.7) 14 июля 2000 г. Показано положение наиболее яркого источника излучения, К1, в диапазоне 53-93 кэВ, по данным жесткого рентгеновского телескопа HXT на спутнике "Yohkoh" в начале (желтые контуры) и в конце (голубые контуры) всплеска жесткого рентгеновского излучения. Зеленая стрелка - смещение центроида излучения С, за время всплеска порядка 20 с. Красной стрелкой показано движение самого большого солнечного пятна Р1 в течение двух дней, предшествовавших вспышке. Оно складывается из двух частей: движение к упрощенной нейтральной линии SNL и движение вдоль нее.

Во время вспышки происходит быстрая "релаксация стрессов" магнитного поля в короне. Подобно тому, как спусковой крючок освобождает сжатую пружину, пересоединение при вспышке обеспечивает быстрое превращение накопленного в активной области на Солнце избытка энергии поля в тепловую и кинетическую энергию частиц.

Перспективы изучения вспышек

Изучение солнечных вспышек необходимо для создания научно обоснованного, надежного прогноза радиационной обстановки в ближнем космосе. В этом практическая задача теории вспышек. Важно, однако, и другое. Вспышки на Солнце необходимо изучать для понимания различных вспышечных явлений в космической плазме. В отличие от вспышек на других звездах, а также многих других аналогичных (или кажущихся аналогичными) нестационарных явлений во Вселенной, солнечные вспышки доступны самому всестороннему исследованию практически во всем электромагнитном диапазоне - от километровых радиоволн до жестких гамма-лучей. Физика солнечных вспышек - своеобразный разрез через многие области современной физики: от кинетической теории плазмы до физики частиц высоких энергий.

Современные космические наблюдения позволяют видеть появление и развитие солнечной вспышки в УФ- и рентгеновских лучах с высоким пространственным, временным и спектральным разрешением. Огромный поток наблюдательных данных о вспышках и вызываемых ими явлениях в атмосфере Солнца, межпланетном пространстве, магнитосфере и атмосфере Земли дает возможность тщательно проверять все результаты теоретического и лабораторного моделирования вспышек.

Астрологи утверждают, что два главных светила, Луна и Солнце, не только освещают и согревают нашу землю, но и оказывают непосредственное влияние на жителей всей планеты.

Данная статья предназначена для лиц старше 18 лет

А вам уже исполнилось 18?

Как Солнце влияет на человека: секреты астрологии

Солнце является одновременно другом и врагом всему человечеству. Если правильно иметь дело с Солнцем, то оно значительно поможет вам укрепить здоровье, поднимет настроение, зарядит позитивной энергией. Солнце и Луна имеют огромное влияние не только на землю, но и на человечество и прочие живые микроорганизмы.

Не следует недооценивать роль небесных светил в нашей повседневной жизни, потому что они имеют огромное значение. Например, фаза Луны может определить наше самочувствие, успех, результаты рабочего дня. Астрологи выделяют несколько фаз, в которые входит Луна: полнолуние, новолуние, убывающая Луна и растущая. Каждый период доставляет людям определенные неудобства или радости.

Вы можете спросить, на что влияет положение Луны и Солнца? Да легче сказать, на что не влияют эти огромные и такие важные небесные светила. Они могут изменить состояние вашего здоровья, самочувствие, задать тон всему дню. Астрологи определяют, в какие периоды лучше начинать новую работу, делать операции, стричь волосы, собирать грибы, ловить рыбу и так далее. И все это напрямую зависит от Луны и Солнца. Также эти небесные тела имеют просто огромнейшее влияние на климат нашей планеты. От положения солнца зависит не только время суток, но также и погода.

Еще в древние времена люди поняли, что солнечные лучи могут быть прекрасным лекарством от различных недугов. Так, некоторым больным и тем, у кого организм был очень ослаблен, предписывали прогулки, солнечные ванны. Такая вот терапия позитивно влияла на человеческий организм. Солнечные лучи, которые содержат в себе ультрафиолет, способствуют выработке витамина D в организме людей, а витамин в свою очередь укрепляет костную систему человека. Но любое лекарство становится вредным, если употреблять его сверх меры. Наверное, даже малыши знают, что солнышко может влиять на кожуи негативно, и благотворно. Это не шутки: обжечь кожу каждый может за считанные минуты, а вот ожоги имеют весьма неблагоприятные последствия. Поэтому каждый уважающий себя человек, пытается защитить самого себя от палящих солнечных лучей.

Частое и необдуманное пребывание на Солнце способствует тому, что кожа быстрее стареет, появляются мелкие морщины и даже риск опасных заболеваний. Не рекомендуется загорать на Солнце в час-пик (с 11 утра и до обеда). Хотя в каждое время года, в разных странах этот период может обозначаться другими цифрами. Старайтесь не ходить без защитной одежды, когда печет Солнце, не забывайте про головные уборы и качественные солнцезащитные очки. УФ-лучи обладают огромной силой, поэтому лучше использовать ее только во благо. Берегите себя, не злоупотребляйте солнечными лучами, пускай они вас только лечат, но ни в коем случае не калечат.

Как влияют вспышки на Солнце на человека?

Вспышки на Солнце — одно из природных явлений, которое вот уже много лет интересует ученых. Этот феномен достаточно сильно влияет на землю, поэтому вызывает огромный интерес. Научные деятели пришли к выводу, что активность солнца состоит из одиннадцати циклов, причем спрогнозировать следующую вспышку очень трудно. Анализ магнитных солнечных полей доказал, что эти явления достаточно нестабильны, они не отличаются постоянством.

Никто же не сомневается, что Солнце влияетна погоду. Не нужно объяснять, что если летом солнечный день, то значит будет не только тепло, но и жарко, а в моменты, когда Солнце скрыто за тучами, нужно прихватить более теплую одежду. Также мы знаем, что в зимний период Солнце может светить, но не согревать, ведь находится очень далеко от земли.

Точно так же и солнечные вспышки влияют и на нашу планету, и на нас. Очень опасны они для космонавтов, ведь в момент их действия значительно повышается , а если человек попадает под облучение, это будет иметь для него ужасные последствия в дальнейшем. Хотя, надо сказать, что солнечные вспышки оказывают огромное влияние на здоровье и на самочувствие обычных людей, которые никак не связаны с полетами в космос.

Ученые долго пытались выяснить,влияют ли процессы, происходящие на Солнце на мирных жителей земли. Им удалось доказать, что это действительно так, выяснилось даже, на что конкретно влияют вспышки и какие группы людей наиболее подвержены опасности.

Например, в дни, когда на Солнце происходят активные процессы, на земле чаще случаются аварии и катастрофы, в которых виновен именно человек. Это связано с тем, что в этот период у людей очень ослаблена деятельность мозга, притупляется концентрация внимания, им становится трудно соображать и здраво мыслить. Солнечные вспышки еще известны под названием магнитные бури.

Люди часто говорят, что в этот период они плохо себячувствуют, жалуются на головные боли. Особенно чувствительными являются такие группы людей:

те, у кого ослабленный иммунитет;
люди, у которых наблюдаются проблемы с сердечно-сосудистой системой, те, кто страдает от частых перепадов давления, мигреней;
психически неуравновешенные;
те, кто время от времени страдает от бессонницы, потери аппетита, плохого сна;

Обнаружено, что различные хронические заболевания обостряются именно в период, когда на Солнце происходят очередные вспышки. Научно это не было доказано, но на практике не раз бывали случаи, что во время магнитных бурь у людей снова начинали болеть давние раны, беспокоили шрамы, поломанные кости или суставы.

Рекомендуется регулярно посещать медицинских специалистов, чтобы знать, здоровы ли вы, а если будут обнаружены хронические заболевания, то нужно хотя бы попробовать обезопасить себя во время магнитных бурь. Можно было бы заранее подготовиться к ухудшению самочувствия и всегда иметь под рукой нужные медицинские препараты.

В нашем веке уже не приходится сомневаться, что Солнце действительно оказывает воздействие на организм человека. Но это вовсе не означает, что если у одного человека во время магнитных бурь раскалывалась голова, то эти же симптомы будут сопровождать и всех остальных. Вовсе нет, все здесь сугубо индивидуально, и сегодня вы можете пострадать от солнечных вспышек, а ваши коллеги по работе будут чувствовать себя все так же прекрасно.

Ученые не сдаются и все же пытаются найти максимально правильный способ, который бы позволил более точно спрогнозировать следующую вспышку. Это довольно трудное занятие, но все же маленькие успехи есть. Кто-то из специалистов пытается в малейших деталях определить поведение солнца перед вспышками, кто-то многие годы изучает физические механизмы солнечной вспышки. Возможно, стоит объединить оба метода (синоптический и казуальный) для получения максимально достоверных результатов.

Солнечные вспышки могут негативно влиять на детей, особенно тех, кто подвержен различным заболеваниям.

В принципе, нетрудно объяснить, почему магнитные бури так влияют на самочувствие людей. В основном, наше тело состоит из воды, а вода, как вы знаете, является отличным проводником. Вот и получается, что когда в атмосфере происходят определенные процессы, всплески энергии и так далее, наше тело реагирует определенным образом.

Вовсе не мифическим является тот факт, что Солнце также влияет и на мужские сперматозоиды. Витамин D имеет огромное значение при зачатии детей. Сотрудники Копенгагенского университета провели интересное исследование, в ходе которого заключили, что у представителей сильного пола, у которых хороший уровень витамина D в крови, сперматозоиды являются более подвижными. Так что нужно чаще бывать подсолнечными лучами, если хотите в ближайшем будущем продолжить свой род.

Такое явление как клев рыбы также зависит от солнца. Казалось бы, как небесное светило может оказывать влияние на рыбу? Но опытные рыбаки знают, когда рыба клюет лучше всего. Например, ловить карпа нужно до восхода солнца.

Раз уж мы живем на планете Земля, то нам следует быть более внимательными к окружающему нас миру. Не нужно переоценивать или преуменьшать роль солнца и Луны в нашей жизни. На самом деле, все закономерно, все идет так, как должно, поэтому нужно просто прислушиваться к тем загадками природы, которые человечество уже смогло разгадать.

Самое яркое светило нашей системы, несмотря на свою относительно спокойную жизнедеятельность, все же будоражит ученых. Время от времени на Солнце наблюдаются бури и вспышки, в результате которых высвобождается огромное количество энергии. Уже несколько десятилетий астрономы наблюдают за солнечной активностью, но все равно эти процессы остаются для них загадкой.

Что такое вспышка на Солнце?

Будучи самой яркой, а поэтому и самой горячей звездой, Солнце, его поверхность подвергается различным космическим явлениям. На нем могут возникать пятна, солнечные факелы, господствовать бури. Но вспышка на Солнце - явление довольно интересное и необыкновенное. Это очень сильный процесс, в результате которого выделяется огромное количество разного вида энергии: тепловой, световой, а также кинетической. Вся эта энергия во время вспышки вырывается наружу, солнечная плазма нагревается, и скорость ее излучения может достигнуть скорости света.

Естественно, все эти процессы отражаются на Земле. Вспышка на Солнце редко проходит незаметно, влияя как на атмосферы других планет, так и на атмосферу Земли.

Виды вспышек

Учеными выделено пять классов этой солнечной активности: А, В, С, М и Х. В зависимости от класса, количества выброшенной энергии и скорости этим категориям приписывают соответствующее числовое значение. Например, наиболее мощная вспышка на Солнце была зафиксирована астрономами в ноябре 2003 года. Ей был присвоен класс Х28. Во время этого процесса были повреждены датчики на одном из спутников NASA.

Во время вспышки класса Х на нашей планете могут наблюдаться помехи в радиосигналах и спутниковых трансляциях. Кроме этого, несколько дней могут продолжаться магнитные бури.

При вспышках М-класса наблюдаются слабые магнитные бури, а также перебои в сигналах, преимущественно в полярных районах. Все остальные вспышки не наносят существенного вреда нашей планете и заметны лишь в атмосфере Земли.

Причины возникновения

О том, почему возникает вспышка на Солнце, довольно долго рассуждали ученые. Все дело в том, что на поверхности светила появляются и исчезают пятна. У них наблюдается разная магнитная полярность, поэтому, когда пятна соприкасаются друг с другом или начинают как-то взаимодействовать, происходят магнитные вспышки на Солнце.

Сила таких явлений определяется площадью свечения, а она, в свою очередь, хорошо видна на специальном спектроскопическом телескопе. Именно этим аппаратом наблюдают за солнечной активностью в целом, и за бурями и вспышками в частности.

Сила Солнца

Солнечную активность наблюдают около 40 лет. За все это время произошло примерно 35 вспышек категории Х7 и выше. Всего же за 11 лет солнечного круга активности наблюдается немногим больше 37 тысяч вспышек.

Учеными зафиксированы самые сильные вспышки на Солнце. Одна из таких произошла в 1859 году, названная в дальнейшем "великой магнитной бурей". В этот период на Земле наблюдалось очень яркое северное сияние, практически во всех уголках. Кроме того, из строя вышли телеграфные приборы, была нарушена связь.

Наиболее ранней сильной вспышкой считается так называемая "супервспышка", произошедшая в 774 году. Ученые долго анализировали и отслеживали солнечную систему, прежде чем пришли к таким выводам. Считается, что после этой вспышки Земля подверглась влиянию радиоактивных и УФ-волн, которые двигались достаточно быстро, чтобы попасть в атмосферу земли и нанести ущерб.

В последнее время мощная вспышка зафиксирована в ноябре 2003 года, но ее активность губительно не отразилась на технике или здоровье людей.

Последствия вспышек

Слабая солнечная активность не приносит практически никаких существенных изменений на планете Земля. Чаще всего солнечные выбросы просто не долетают до нашей атмосферы. Но если выброс довольно сильный, он может нести опасность. Вспышки особенно сильно влияют на безопасность тех, кто в этот момент находится на орбите. Также может изменяться или прерываться спутниковая связь.

Кроме этого, солнечная активность может провоцировать магнитные бури. Вспышки на Солнце создают мощные выбросы плазмы, которые долетают до нашей планеты примерно через 2-3 дня, вступают в контакт с атмосферой и ионосферой Земли, вследствие чего и образуются магнитные бури. Это явление довольно безопасное, хотя может влиять на самочувствие метеозависимых людей.

У таких людей магнитные бури вызывают повышение давления, вследствие чего возникают головные боли. Человек ощущает себя слабым и разбитым, но через время эта слабость проходит.

Как улучшить самочувствие?

Так как примерно половина населения нашей планеты подвержена влиянию геомагнитных бурь, медики разработали рекомендации, позволяющие пережить "бурные дни" относительно спокойно.

Если вы метеочувствительны, ежедневно узнавайте о возможности возникновения магнитных бурь, чтобы быть готовым к их возникновению.
Держите возле себя необходимые препараты. Для гипертоников - понижающие давление, для гипотоников - повышающие. Тем, кто страдает головными болями, следует запастись препаратами от мигрени.
Принимайте различные водные процедуры - контрастный душ, плавание. Это укрепит вашу кровеносную систему, уменьшит риск ухудшения состояния. В магнитные дни рекомендуется принимать ванну с морской солью и эфирными маслами.
Накануне геомагнитных бурь избегайте употребления высококалорийных блюд, чрезмерного употребления кофе, острого и соленого, да и вообще переедания.
Нежелательно излишне нервничать в такие дни. Запаситесь позитивными эмоциями.
Если страдаете головными болями, изучите приемы точечного массажа. Он будет нелишним не только в дни солнечной активности, но и всегда, когда донимает мигрень.
В дни магнитных бурь поможет обычный магнитик с холодильника. Достаточно провести им по телу и голове, и вы улучшите свое здоровье, изменив заряд кровяных телец.

Изучение солнечной активности

Чтобы предотвратить ухудшение состояния населения, предупредить о возможных сбоях спутниковых сигналов и прочих негативных последствиях солнечных вспышек, астрономы и занимаются изучением активности светила. Ведь если разговоры о том, что процессы на Солнце влияют на самочувствие человека, остаются всего лишь разговорами, то влияние этих процессов на работу разнообразных приборов научно доказано.

В результате изучений был открыт так называемый 11-летний солнечный цикл. В результате этого учения доказано, что каждые одиннадцать лет активность светила может повторяться. Кроме того, на эти процессы могут иметь влияние разные планеты Солнечной системы.

До того как появились первые телескопы, солнечная активность также изучалась. Но изучение основывалось на наблюдении за светилом и полярными сияниями невооруженным глазом. Доказано, что эти явления напрямую связаны с происходящими на Солнце процессами.

В нынешнее время также доказано, что солнечная активность существенно влияет на погодные условия на всей планете: потепление или похолодание, приливы, изменение уровня рек и озер, возникновение атмосферных фронтов, численность гроз и количество осадков.

Некоторые исследования показывают, что изменение численности насекомых или некоторых животных, а также колебания жизненных показателей человека напрямую зависят от активности Солнца. Но все эти гипотезы находятся в стадии изучения.

В результате изучений процессов на Солнце фиксируется все, что происходит на поверхности светила. Фото вспышки на Солнце помогает более детально рассматривать силу взрыва и скорость движения плазмы.

Вместо эпилога

Как видим, солнечная активность частично касается жизнедеятельности и здоровья каждого живого существа, нормальной работы технических систем. Поэтому и изучается в космических центрах и обсерваториях такое явление, как вспышка на Солнце. Взрыв Солнца, как ее называют некоторые ученые, не представляет явной угрозы для Земли. По крайней мере, ближайшие несколько миллиардов лет, после чего может произойти мощнейшая вспышка, и светило прекратит свое существование.

Энергия Солнца оказывает неоднозначное влияние на нашу планету. Она дает нам тепло, но в то же время может негативно влиять на самочувствие людей. Одна из причин отрицательного влияния - солнечные вспышки. Как они происходят? К каким последствиям они приводят?

Солнце и солнечная вспышка

Солнце является единственной звездой нашей системы, которая от него и получила название «солнечная». Оно обладает огромной массой и благодаря сильной гравитации удерживает вокруг себя все планеты Солнечной системы. Звезда представляет собой шар из гелия, водорода и других элементов (серы, железа, азота и т. д.), которые содержатся в меньшем количестве.

Солнце является главным источником света и тепла на Земле. Происходит это в результате постоянных термоядерных реакций, которые часто сопровождаются вспышками, появлением черных пятен, корональными выбросами.

Солнечные вспышки возникают над черными пятнами, излучая большое количество энергии. Их последствия раньше приписывались действию самих пятен. Явление обнаружено в 1859 году, но многие процессы, связанные с ним, только изучаются.

Солнечные вспышки: фото и описание

Действие явления непродолжительно - всего несколько минут. По сути, солнечная вспышка - это мощнейший взрыв, охватывающий все атмосферные слои светила. Они появляются в виде маленького протуберанца, который резко вспыхивает, излучая рентгеновские, радио- и ультрафиолетовые лучи.

Солнце вращается вокруг своей оси неравномерно. На полюсах его движение медленнее, чем на экваторе, поэтому в магнитном поле происходят скручивания. Взрыв происходит, когда напряжение в местах «скрутки» слишком сильное. В это время освобождаются миллиарды мегатонн энергии. Обычно вспышки происходят в нейтральной области между черными пятнами разной полярности. Их характер определяется фазой солнечного цикла.

В зависимости от силы рентгеновского излучения и яркости на пике активности, вспышки делят на классы. Мощность определяется в ваттах на квадратный метр. Самая сильная солнечная вспышка относится к Х классу, средняя обозначается буквой М, а слабая - С. Каждая из них в 10 раз отличается от предыдущей по рангу.

Влияние на Землю

Проходит приблизительно 7-10 минут прежде, чем Земля ощущает последствия взрыва на Солнце. Во время вспыхивания вместе с излучением выбрасывается плазма, которая формируется в плазменные облака. Солнечный ветер относит их в стороны Земли, вызывая на нашей планете

В космическом пространстве взрыв повышает что может сказаться на здоровье космонавтов, коснуться это может и летящих в самолете людей. Электромагнитная волна от вспышки вызывает помехи у спутников и другого оборудования.

На Земле вспышки могут сильно повлиять на самочувствие людей. Это проявляется в отсутствии концентрации, перепадах давления, головных болях, замедлении мозговой деятельности. Люди с ослабленным иммунитетом, психическими расстройствами, сердечно-сосудистыми нарушениями и хроническими заболеваниями особенно тонко ощущают деятельность солнца на себе.

Чувствительностью обладает и техника. Солнечная вспышка класса Х способна вывести из строя радиоприборы на всей Земле, средняя мощность взрыва затрагивает в основном полярные области.

Мониторинг

Самая мощная солнечная вспышка произошла в 1859 году, её часто называют Солнечным суперштормом или событием Каррингтона. Заметить её посчастливилось астроному Ричарду Каррингтону, в честь которого и назвали явление. Вспышка стала причиной Северного сияния, увидеть которое можно было даже на Карибских островах, а телеграфная система связи Северной Америки и Европы мигом вышла из строя.

Бури, подобные событию Каррингтона, происходят раз в 500 лет. Последствия для жизнедеятельности людей могут возникать и при незначительных вспышках, поэтому ученые заинтересованы в их предсказывании. Прогнозировать солнечную деятельность непросто, так как структура нашего светила очень неустойчива.

Активными исследованиями в этой области занимается NASA. При помощи анализа солнечного магнитного поля ученые уже научись узнавать про очередную вспышку, но точные прогнозы делать пока невозможно. Все предсказания являются очень приблизительными и сообщают о "солнечной погоде" только на короткие сроки, максимум до 3 дней.