Солнечный ветер
В конце 40-х годов XX века американский астроном С. Форбуш обнаружил непонятное явление. Измеряя интенсивность космических лучей, Форбуш заметил, что она значительно снижается при возрастании солнечной активности и совсем резко падает во время магнитных бурь.
Это представлялось довольно странным. Скорее, можно было ожидать обратного. Ведь Солнце само является поставщиком космических лучей. Поэтому, казалось бы, чем выше активность нашего дневного светила, тем больше частиц оно должно выбрасывать в окружающее пространство.
Оставалось предположить, что возрастание солнечной активности влияет на земное магнитное поле таким образом, что оно начинает отклонять частицы космических лучей — отбрасывать их. Путь к Земле как бы запирается.
Объяснение казалось логичным. Но, увы, как выяснилось вскоре, оно было явно недостаточным. Подсчеты, проделанные физиками, неопровержимо свидетельствовали о том, что изменение физических условий только в непосредственной близости от Земли не может вызвать эффекта такого масштаба, какой наблюдается в действительности. Очевидно, должны существовать и какие-то другие силы, препятствующие проникновению космических лучей в солнечную систему, и притом такие, которые возрастают с увеличением солнечной активности. Тогда-то и возникло предположение, что виновниками загадочного эффекта являются потоки заряженных частиц, вырывающиеся с поверхности Солнца и пронизывающие пространство солнечной системы. Этот своеобразный «солнечный ветер» и очищает межпланетную среду, «выметая» из нее частицы космических лучей.
В пользу подобной гипотезы говорили также явления, наблюдающиеся в кометах. Как известно, кометные хвосты всегда направлены от Солнца. Вначале это обстоятельство связывали со световым давлением солнечных лучей. Однако в середине текущего столетия было установлено, что лишь световое давление не может вызывать всех явлений, происходящих в кометах. Расчеты показали, что для образования и наблюдаемого отклонении кометных хвостов необходимо воздействие не только фотонов, но и частиц вещества. Кстати, такие частицы могли бы возбуждать происходящее в кометных хвостах свечение ионов.
Собственно говоря, о том, что Солнце выбрасывает потоки заряженных частиц — корпускул, было известно я до этого. Однако предполагалось, что такие потоки носят эпизодический характер. Их возникновение астрономы связывали с появлением вспышек и пятен. Но кометные хвосты направлены в противоположную от Солнца сторону всегда, а не только в периоды усиления солнечной активности. Значит, и корпускулярная радиация, заполняющая пространство солнечной системы, должна существовать постоянно. Она усиливается с возрастанием солнечной активности, но существует всегда.
Таким образом, околосолнечное пространство непрерывно обдувается солнечным ветром. Из чего же состоит этот ветер и при каких условиях он возникает?
Познакомимся с самым внешним слоем солнечной атмосферы — «короной». Эта часть атмосферы нашего дневного светила необычайно разрежена. Даже в непосредственной близости от Солнца ее плотность составляет всего около одной стомиллионной доли плотности земной атмосферы. Это значит, что в каждом кубическом сантиметре околосолнечного пространства содержится всего несколько сотен миллионов частиц короны. Но так называемая «кинетическая температура» короны, определяемая по скорости движения частиц, весьма велика. Она достигает миллиона градусов. Поэтому корональный газ полностью ионизован к представляет собой смесь протонов, ионов различных элементов и свободных электронов.
Недавно появилось сообщение о том, что в составе солнечного ветра обнаружено присутствие ионов гелия. Это обстоятельство проливает спет па тот механизм, с помощью которого происходи г выброс заряженных частиц с поверхности Солнца. Если бы солнечный ветер состоял только из электронов и протонов, то еще можно было бы предполагать, что он образуется за счет чисто тепловых процессов и представляет собой нечто вроде пара, образующегося над поверхностью кипящей воды. Однако ядра атомов гелия в четыре раза тяжелее протонов и поэтому маловероятно, чтобы они могли выбрасываться вследствие испарения. Скорее всего образование солнечного ветра связано с действием магнитных сил. Улетая от Солнца, облака плазмы как бы уносят с собой и магнитные поля. Именно эти поля и служат тем своеобразным «цементом», который «скрепляет» воедино частицы с различными массами и зарядами.
Наблюдения и вычисления, проведенные астрономами, показали, что по мере удаления от Солнца плотность короны постепенно уменьшается. Но, оказывается, в районе орбиты Земли она еще заметно отличается от нуля. В этой области солнечной системы на каждый кубический сантиметр пространства приходится от ста до тысячи корональных частиц. Другими словами, каша планета находится внутри солнечной атмосферы и, если хотите, мы вправе называть себя не только жителями Земли, по и жителями атмосферы Солнца.
Если вблизи Солнца корона более или менее стабильна, то по мере увеличения расстояния она стремится расшириться в пространство. И чем дальше от Солнца, тем выше скорость этого расширения. Согласно расчетам американского астронома Э. Паркера, ужо на расстоянии 10 млн. км корональные частицы движутся со скоростями, превосходящими скорость звука. Л но мере дальнейшего удалении от Солнца и ослабления силы солнечного притяжения эти скорости возрастают еще в несколько раз.
Таким образом, напрашивается вывод о том, что солнечная корона — это и есть солнечный ветер, обдувающий пространство нашей планетной системы.
Эти теоретические выводы были полностью подтверждены измерениями па космических ракетах и искусственных спутниках Земли. Оказалось, что солнечный ветер существует всегда и вблизи Земли «дует» со скоростью около 400 км/сек. С увеличением солнечной активности скорость эта возрастает.
Как далеко дует солнечный ветер? Вопрос этот представляет значительный интерес, однако для получения соответствующих экспериментальных данных необходимо осуществить зондирование космическими аппаратами внешней части солнечной системы. Пока же это не сделано, приходится довольствоваться теоретическими соображениями.
Однако однозначного ответа получить не удается. В зависимости от исходных предпосылок расчеты приводят к различным результатам. В одном случае получается, что солнечный ветер затихает уже в районе орбиты Сатурна, в другом, — что он существует еще на очень большом расстоянии за орбитой последней планеты Плутона. Но это лишь теоретически крайние пределы возможного распространения солнечного ветра. Указать точную границу могут лишь наблюдения.
Наиболее достоверными были бы, как мы уже отмечали, данные космических зондов. Но в принципе возможны и некоторые косвенные наблюдения. В частности, было замечено, что после каждого очередного спада солнечной активности соответствующее возрастание интенсивности космических лучей высоких энергий, т. е. лучей, приходящих в солнечную систему извне, происходит с запозданием примерно на шесть месяцев. Видимо, это я есть как раз тот срок, который необходим, чтобы очередное изменение мощности солнечного ветра дошло до границы его распространения. Так как средняя скорость распространения солнечного ветра составляет около 2,5 астрономической единицы (1 астрономическая единица = 150 млн. км—среднему расстоянию Земли от Солнца) в сутки, то это дает расстояние около 40—45 астрономических единиц. Другими словами, солнечный ветер иссякает где-то в районе орбиты Плутона.
|
|
Читайте в рубрике «Звезда Солнце»: |