Теоретическое моделирование магнитных структур в области формирования солнечного ветра

• Автор: Панасенко, Ольга Андреевна
• Шифр специальности: 01.04.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 105 с.

Введение.
Актуальность проблемы. Большая часть вещества во Вселенной находится в состоянии плазмы, которая пронизана магнитным полем и взаимодействует с ним по законам магнитной гидродинамики, представляющей собой объединение
электромагнетизма и динамики жидкости. Осознание наличия сильной связи между магнитным полем и плазмой существенно изменило наши представления о Солнечной системе. Чувствительные дистанционные наблюдения Солнца с высоким разрешением и измерение плазмы солнечной системы на космических аппаратах in situ обнаружили удивительный мир динамической активности в широком диапазоне пространственных и временных масштабов.
Магнитные поля играют определяющую роль в формировании структуры космической плазмы, приводя к образованию магнитосфер звезд и планет, таким структурам в атмосфере Солнца как активные области, пятна, протуберанцы и т.д. Многочисленные наблюдения свидетельствуют о том, что магнитные поля являются одной из основных причин активных явлений на Солнце и в космосе. Генерируемые в недрах Солнца магнитные поля выносятся на его поверхность благодаря эффекту магнитной плавучести. Попадая в высокопроводящую солнечную корону, всплывшие магнитные потоки взаимодействуют между

собой, или в результате собственных эволюционных изменений приводят к образованию в атмосфере Солнца токовых слоев, которые рассматриваются как основная причина возникновения солнечных вспышек и ускорения заряженных частиц.
Топология магнитных силовых линий, МГД- волны вносят вклад в формирование истекающего потока плазмы -солнечного ветра. Поэтому для его описания необходимо знать структуру магнитных силовых линий во внутренней и внешней короне Солнца.
Достигая обиты Земли, солнечный ветер взаимодействует с её магнитосферой, приводя к образованию широкого многообразия характерных МГД структур: ударных волн,
тангенциальных разрывов, токовых слоев и т.д., и к не менее широкому многообразию связанных с этим взаимодействием активных явлений: пересоединению магнитных силовых линий, ускорению заряженных частиц, магнитным пульсациям и высыпанию частиц, усилению крупномасштабных токовых систем и электрических полей.
В данной работе предлагается простая аналитическая модель магнитной конфигурации протяженной солнечной короны в области формирования солнечного ветра, качественно правильно учитывающая основную наблюдательную информацию о структуре магнитного поля в протяженной солнечной короне и гелиосфере. В модели рассматривается суперпозиция трёх источников: магнитного точечного диполя в центре Солнца, кольцевого токового слоя
в гелиосфере и магнитного квадруполя. Линии магнитного поля в данной модели найдены в явном виде.
Магнитное поле Солнца, а особенно гелиосферный токовый слой играют важную роль в формировании и динамике полярных щеток. Полярные щетки в солнечной короне наиболее часто видны как яркие корональные лучи в К-короне в годы близкие к минимуму солнечной активности. Они расположены вдоль линий глобального магнитного поля, повторяя его структуру.
Радиальные электрические токи, текущие в гелиосферном токовом слое замыкаются через объемные электрические токи внутри полярных областей Солнца. Эти дополнительные азимутальные токи, текущие вокруг оси полярных щеток,

создают магнитное поле, поддерживающее баланс давления вне и внутри щеток.
Форма и физические свойства полярных щеток определяются не только граничными условиями в их основании на фотосфере на больших широтах. Полярные щетки отражают также более глобальные электродинамические условия на Солнце и в гелиосфере.
Основной целью диссертации является теоретическое исследование магнитной конфигурации глобального поля Солнца и локальных корональных структур - полярных щеток.
Научная новизна работы состоит в том, что в ней впервые предложена и исследована аналитическая модель трехмерной магнитной конфигурации протяженной солнечной короны в области формирования солнечного ветра.
Получено простое аналитическое выражение, описывающее поведение магнитных силовых линий глобального поля как вблизи Солнца, так и на больших расстояниях от него. Модель, представляющая собой суперпозицию двух источников: точечного диполя в центре Солнца и тонкого кольцевого тока в экваториальной плоскости, асимптотически правильно воспроизводит геометрию поля в годы спада и минимума солнечной активности. Линии магнитного поля найдены в явном виде.
Исследована более сложная модель, включающая в себя квадрупольный член. В этом случае линии поля получены с помощью компьютерного моделирования.
Предложена новая нестационарная теория образования лучевых структур - полярных щеток в короне Солнца. Согласно этой теории, важную роль в их формировании и разрушении играют электрические дрейфы в индукционном поле. В отличие от прежних представлений, согласно которым вещество в полярных щетках квазистационарно поступает вдоль трубок магнитного поля непосредственно из нижележащих участков солнечной атмосферы, в новой теории рассматриваются нестационарные движения поперёк трубок с переменными магнитными полями. Полярные щётки возникают над некоторыми эфемерными магнитными областями, растущими во времени, и разрушаются вместе с ними. Необходимым

В 1933-1934 гг. советские астрономы приступили к подготовке наблюдений затмения 19.06.1936г. Проблема солнечной короны еще оставалась загадкой. Исключительные особенности полосы этого затмения, проходившей почти целиком по территории Советского Союза от районов Северного Кавказа до Тихого океана, представили благоприятные возможности для изучения изменений в короне за время прохождения тени от западных до восточных областей СССР.
По предложению С.Н. Блажко, московские астрономы выдвинули идею о проведении наблюдений короны по единой программе с однотипными инструментами, равномерно распределенными вдоль полосы затмения. После всестороннего обсуждения, в котором приняли участие также астрономы Пулковской обсерватории и Ленинградского астрономического института, были разработаны детали «стандартного» коронографа, предусматривающие его использование также для относительной и абсолютной фотометрии короны.
Шесть стандартных коронографов были изготовлены в мастерских Астрономического института по проекту инженера Коржинского, под руководством комиссии, возглавляемой акад.
В.Г. Фесенковым, и при непосредственном участии Е.Я. Перепелкина, Б.В. Нумерова, С.К. Всехсвятского, Е.Я. Бугославской, Г.Г. Ленгауэра. Поскольку основной целью являлись наблюдения изменений в короне, распределение советских экспедиций по полосе затмения производилось исходя именно из этой задачи. Особо благоприятные условия погоды 19.06.1936 г. дали возможность получить на четырех из шести станций прекрасные фотографии внутренней, средней и внешней короны, а также хромосферы, совместные исследования которых не только подтвердили возможность наблюдений изменений в короне на протяжении одного затмения, но и позволили на новой основе детально изучить её структуру, связь корональных и хромосферных образований, впервые независимо доказать факт вращения короны вместе с Солнцем и провести другие многочисленные исследования. Наблюдения затмения 19.6.1936г. и результаты их изучения с новой точки зрения освещали проблемы короны.