12 января 2001 года
Я слышал, читал, что неизвестно, почему солнечная корона, газовая среда вокруг Солнца, имеет температуру порядка миллиона градусов, в то время как её поверхность — всего 6000 градусов. Сегодня утром возникла одна идея
Наблюдаемый факт: Солнце периодически излучает огромные дуги плазмы. Точки крепления этих дуг на поверхности Солнца — солнечные пятна. Плазма, окружающая Солнце, находится в состоянии, за исключением ошибки, с высоким "магнитным числом Рейнольдса". То есть линии магнитного поля "заморожены" (frozen in) в плазме. Представьте себе женские волосы в бассейне и расчёску, которая их выравнивает. Волосы и расчёска тесно связаны: одна движет другой, и наоборот.
Эти дуги плазмы — новый наблюдаемый факт — распространяются на большие расстояния, а затем распадаются. На правом рисунке схематически изображены линии магнитного поля. В каждой точке пространства можно сопоставить значение B с соответствующим значением "магнитного давления", указано.
Также сохраняется магнитный поток:
Таким образом, значение магнитного поля максимально близко к солнечным пятнам и минимально в точке максимального расширения дуги. В результате возникает градиент магнитного поля. Дуга будет действовать как ускоритель заряженных частиц. Следовательно, газ будет отрываться от солнечной поверхности, от каждого пятна, и, ускоряясь под действием этого градиента магнитного поля, превосходящего гравитационную силу, подниматься и ускоряться, достигая области с минимальным полем, где дуга наиболее расширена и её сечение наибольшее. Эти массы плазмы, по моему мнению, могут столкнуться. В результате произойдёт преобразование магнитной энергии (той, что использовалась для ускорения двух масс плазмы) в тепловую энергию. Следующий рисунок иллюстрирует эту идею. Ускорение частиц градиентом магнитного давления, особенно на очень больших расстояниях, — чрезвычайно эффективный процесс. Всё это можно, вероятно, численно смоделировать более точно, но я думаю, что этот процесс может объяснить такое нагревание короны. Нельзя забывать, что скорость теплового движения изменяется пропорционально квадратному корню из температуры, поэтому переход от 6000 до миллиона градусов означает лишь увеличение скорости теплового движения в 12 раз.
Тем не менее, в местах, где массы плазмы сталкиваются (дуги станут местом возникновения интересных магнито-акустических явлений, которые стоит изучить), давление в плазме может стать настолько высоким, что она вырвется из ограничения, связанного с пучком линий магнитного поля. В результате дуги распадаются, и их горячее содержимое вырывается наружу. Далее возможны два случая. Умеренное нагревание будет питать газовую среду Солнца, его корону. Газ на поверхности Солнца прижимается к ней. При 6000 градусах скорость теплового движения значительно ниже той, что требуется частице, чтобы заметно удалиться от поверхности Солнца. Именно поэтому поверхность Солнца близка к сфере. Но более быстрые частицы, ускоренные в дугах, а затем освобождённые при их распаде, образуют "атмосферу Солнца", которая распространяется на гораздо большие расстояния.
Более сильные солнечные вспышки (на самом деле — побочный эффект неустойчивости магнитогидродинамического типа, МГД, с высоким магнитным числом Рейнольдса) порождают... звёздный ветер (в случае Солнца — солнечный ветер). Кстати, известно, что высокая плотность солнечных пятен означает интенсивное бомбардирование Земли газом, испускаемым Солнцем.
Для непосвящённых в физику плазмы ускорение за счёт градиента магнитного поля может показаться немного сложным. Но многие знают "магнитосферу" Земли:
Слева — земной шар с наклонной осью магнитного диполя. При этом "магнитный север" Земли на самом деле является южным полюсом, поскольку он притягивает северные полюсы компасов. Заряженные частицы (в основном электроны), испускаемые Солнцем (солнечный ветер), захватываются сетью линий магнитного поля Земли. Справа — они совершают колебания между областями с сильным полем, спиралевидно обегая линии силы. Эти спиралевидные траектории в некотором роде показывают, как плазма связана с магнитным полем. Эта плазма, составляющая "пояса Ван Аллена" (по имени астрофизика, открывшего их), совершает колебания между северными и южными полярными областями Земли, частицы "отскакивают" как мячики от ракетки (просто из-за градиента магнитного давления). В физике плазмы это называется "магнитным зеркалом" (magnetic mirror). Слева — "хвост" магнитосферы Земли, противоположный Солнцу.
В нормальном режиме заряженные частицы поворачивают в очень высоких слоях, выше земной атмосферы, границу которой можно условно установить на высоте 80 км. Когда мощная вспышка солнечного ветра достигает Земли, частицы, несмотря на тормозящее действие градиента магнитного поля, проникают в верхние слои атмосферы, и все астрономы знают, что это вызывает явление полярных сияний. Таким образом, пояс Ван Аллена — структура, по моему мнению, достаточно схожая с дугами, соответствующими солнечным вспышкам, по крайней мере с определённой точки зрения.
Во всяком случае, это, кажется, идея, заслуживающая изучения. Но у меня так много дел...
См. раздел "Гневы Солнца", 16 сентября 2005 года
Вернуться к оглавлению Наука