солнечные космические лучи

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 ф-цией. 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, темп-ре 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.

Лит.: Сомов Б. В., Сыроватский С. И., Физические процессы в атмосфере Солнца, вызываемые вспышками, «УФН», 1976, т. 120, с. 217; Исследования солнечной активности и космическая система «Прогноз». Сб. ст., под ред. Р. 3. Сагдеева, М., 1984; Проблемы физики космических лучей. Сб. ст., под ред. А. Е. Чудакова, М., 1987. А. И. Славкова.

   <<      Предметный указатель      >>