Динамика плазменных образований и ускоренных частиц в магнитном поле активной области

• Автор: Филиппов, Борис Петрович
• Шифр специальности: 01.03.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1983
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 132 c. : ил

Введение

Глава I. Ускоренные частицы в магнитном поле активной

области

§1.1. Структура магнитного поля АО

§ 1.2. Дрейф и диффузия частиц в АО

§ 1.3. Корональное распространение частиц, ускоренных во вспышках

§ 1.4. Влияние дрейфа в неоднородном магнитном поле АО на временной профиль и энергетический

спектр потока ускоренных частиц

Глава II. Выбросы холодной плазмы из АО

§ 2.1. Динамика плазменных образований, связанных

со вспышками

§ 2.2. Вспышечный выброс 9 мая 1979 г
§ 2.3. Быстрые движения в атмосфере Солнца и изменения магнитных полей
§ 2.4. Описание подъема волокна дрейфом в скрещенных полях
Глава III. Формирование состава солнечных космических
лучей в процессе ускорения
§ 3.1. Особенности состава ускоренных частиц в области малых энергий
§ 3.2. Избирательные свойства механизмов ускорения
по В и А
§ 3.3. Влияние энергетических потерь на состав
ускоренных частиц
§ 3.4. О возможности установления равновесного заряда частиц
Заключение
Литература
Одна из основных характерных черт вспышки на Солнце - появление быстрых надтепловых частиц: электронов, протонов и ионов более тяжелых элементов. Кинетическая энергия ускоренных частиц играет значительную роль в общем энергетическом балансе вспышки . Быстрые частицы вызывают повышенную эмис-
[2}
сию в различных участках спектра электромагнитного излучения1*-1, что является основным проявлением вспышки. 28 февраля 194-2 г. было впервые отмечено возрастание потока энергичных протонов после вспышки на Солнце. Это была первая регистрация генерируемых во вспышке солнечных космических лучей. (СКЛ). Вспышки, сопровождаемые возрастанием потоков космических лучей на поверхности Земли, получили название "протонных". С развитием космической техники на космических аппаратах стали регистрироваться возрастания потоков ускоренных во вспышках частиц меньшей энергии, которые не достигают уровня поверхности Земли . Число вспышек, генерирующих СКЛ, оказалось достаточно велико ^. Помимо протонов в составе ускоренных частиц были обнаружены релятивистские электроны, а также ионы более тяжелых элементов ^ . В области малых энергий (до нескольких десятков Мэв/нуклон) в ряде вспышек наблюдается растущий с уменьшением энергии избыток тяжелых частиц ( 2. > б) по сравнению с их распространенностью в атмосфере Солнца и в солнечной системе . Кроме того, в некоторых событиях отмечается аномально высокое содержание изотопа гелия ^Не 0^-14-] . СКЛ, вторгаясь в атмосферу Земли, вызывают дополнительную ионизацию в основном в полярных областях, что усиливает поглощение коротких радиоволн. Мощные потоки быстрых частиц создают серьезную радиационную опасность для экипажей космичес-

ких кораблей в межпланетном пространстве ^5] # в связи с этим понятен неослабевающий интерес к проблеме прогнозирования протонных вспышек и к вытекающим из нее вопросам ускорения заряженных частиц во вспышках, выхода их из активной области в межпланетное пространство и дальнейшего распространения до орбиты Земли.
Активная область (АО) Солнца отличается от спокойных участков прежде всего присутствием сильного магнитного поля. Ускоренные частицы удерживаются этим полем, и их распространение и выход в межпланетное пространство зависит от изменений в нем. В короне и верхней хромосфере > nkT , поэтому гидродинамические движения плазмы так же определяются магнитным полем. Движения плазменных образований, наблюдаемые, например, в линии Н*. , таким образом, дают информацию о , структуре и изменениях магнитного поля и, следовательно, о возможностях коронального распространения ускоренных частиц.
Определяющая роль магнитного поля в короне и верхней хромосфере создает необходимость иметь детальную информацию о поле при изучении любых процессов, протекающих в них. Критерием правильности расчетов магнитного поля по данным измерений при помощи магнитографа на границе фотосферы является соответствие со структурами на -фильтрограммах. В ряде случаев, при отсутствии надежных магнитографических измерений, картина в служит основной характеристикой поля ^ (положение "нулевых" линий, особых точек); а данные о движении плазмы в картинной плоскости и вдоль луча зрения (по допплеровскому смещению) позволяют судить об изменениях магнитного поля или об индукционном электрическом. Таким образом, хороший кинофильм, снятый в Нл , совместно с наблюдениями в белом свете и данными о полярности пятен может дать представле-

скорости равна 3 км/сек, в ускорении - 40 м/сек2.
Как видно из графиков, вертикальная скорость переднего края в течение первых шести минут возрастала от нуля до 40 км/сек, затем за такое же примерно время снижаласть до 10 км/сек, и снова росла до 90 км/сек (с учетом тангенциальной составляющей скорость выброса достигала 200 км/сек). Ускоре-

ние с третьей до десятой минуты меняется с +0,15 км/сек до -0,15 км/сек2, после чего вновь растет до +0,30 км/сек2.
Выброс произошел над участком волокна, где магнитное поле горизонтально (вертикальная компонента поля под волокном меняет полярность (рис. 13, 14)), поэтому, поднимаясь вверх, вещество пересекает силовые линии магнитного поля. Как известно, движение высокопроводящей плазмы поперек магнитного поля сильно затруднено. Магнитное поле создает тормозящую силу, которая, подобно вязкости, пропорциональна скорости. Следовательно, на вещество выброса должна постоянно действовать сила, поддерживающая движение. Такой силой может быть сила Лоренца, действующая на индукционные токи, возникающие при изменении магнитного поля в результате роста или распада пятен.
Рассмотрим для оценок движение бесконечного плоского скин-слоя в меняющемся магнитном поле. Пусть поле над поверхностью проводящей жидкости, в которую оно ранее продиффунди-ровало, меняется с характерным временем . На границе жидкости образуется скин-слой толщиной
где - электропроводность жидкости. Уравнение движения слоя имеет вид