Вісник Астрономічної школи, 2017, том 13, № 2, с. 68–80

https://doi.org/10.18372/2411-6602.13.11
Завантажити PDF
УДК 523.98

Джерела сонячної енергії і міжпланетне магнітне поле

Криводубський В.Н.

Астрономічна обсерваторія Київського національного університету імені Тараса Шевченка,

Реферат

Проаналізовано джерела енергії сонячної активності. Первинним джерелом сонячної енергії служить ядро Сонця, де в результаті реакцій термоядерного синтезу виділяється енергія у формі γ-квантів і частинок нейтрино, які поширюються назовні. При наближенні до поверхні внаслідок падіння температури і зростання непрозорості речовини повністю іонізована сонячна плазма починаючи з певних глибин переходить в стан часткової іонізації. В результаті цього на відстані близько 0,3 сонячного радіуса від поверхні починає виконуватися критерій Шварцшільда виникнення конвективного перенесення енергії внаслідок гідродинамічних рухів. Вище цієї межі лежить шар конвективної турбулентності, в якому енергія переноситься в основному рухомою речовиною, а не випромінюванням. Його називають конвективною зоною. В кінцевому підсумку частина перенесеної до поверхні променистої енергії надає можливість спостерігати Сонце в різних діапазонах хвиль, тоді як друга частина перенесеної догори енергії, яка зумовлена конвективними рухами, буде проявлятися на фотосферному рівні у вигляді доступних для спостережень грануляційних рухів різних масштабів. Разом з тим частина потоку енергії, що йде із надр Сонця, накопичується і переноситься догори в «магнітній формі». Важливою специфічною властивістю цього високоефективного механізму магнітного перенесення енергії служать його суттєві варіації в часі, що виявляються в циклічних змінах більшості породжуваних магнітними полями явищ, які прийнято називати сонячною активністю. Специфічність цього перенесення енергії проявляється в нестаціонарній спалаховій конверсії магнітної енергії в тепло, а також в кінетичну енергію прискорених часток і макроскопічних (корональних) викидів плазми. Роль полігона, де зароджуються основні процеси, відповідальні за циклічні прояви сонячної активності, відіграє конвективна зона. У глибинах конвективної зони в результаті механізму динамо деяка частина кінетичної енергії гідродинамічних рухів (диференціального обертання і гіротропної турбулентної конвекції) перетворюється в магнітну енергію в ході сонячного циклу, підсилюючи тим самим слабке магнітне поле Сонця реліктового походження. Згенероване в глибинах глобальне магнітне поле переноситься до сонячної поверхні завдяки його магнітній плавучості. Поверхневі магнітні структури змінюють стан атмосфери Сонця, зумовлюють нерегулярну частину випромінювання і служать джерелом потужних нестаціонарних явищ в зовнішніх атмосферних шарах (фотосфері, хромосфері і короні). Зроблено огляд сучасної концепції таких явищ, як гаряча сонячна корона, сонячний вітер і міжпланетне магнітне поле, які формують космічну погоду в міжпланетному просторі. Відзначено внесок «київської корональної школи» С.К.Всехсвятського у становлення концепції динамічної корони Сонця.

Ключові слова: Сонце; випромінювання; конвекція; магнітна енергія; космічна погода; корона; сонячний вітер; міжпланетні магнітні поля

Перелік посилань

  1. Вандакуров Ю.В. Конвекция на Солнце и 11-летний цикл. – М.: Наука, 1976. – 156 с.
  2. Priest E.R. Solar Magnetohydrodynamics. – Dordrecct–Boston–London: D.Reidel Publishing Company, 1981.
  3. Соловьев А.А., Киричек Е.А. Диффузная теория солнечного магнитного цикла. – Элиста–С.Петербург: Издательство Калмыцкого ГУ, 2004. – 181 с.
  4. Miesch M.S. Large-scale dynamics of the convection zone and tachocline // Living Rev. Solar Phys. – 2005. – Vol. 2, No. 1. – P.1–139. https://doi.org/10.12942/lrsp-2005-1
  5. Филиппов Б.П. Эруптивные процессы на Солнце. – М.: Физматлит, 2007. – 216 с.
  6. Hathaway D.H. The solar cycle // Living Rev. Solar Phys. – 2015. – Vol. 12, No. 4. – P.1–87. https://doi.org/10.1007/lrsp-2015-4
  7. Вайнштейн С.И., Зельдович Я.Б., Рузмайкин А.А. Турбулентное динамо в астрофизике. – М.: Наука, 1980. – 352 с.
  8. Zeldovich Ya.B., Ruzmaikin A.A., Sokoloff D.D. Magnetic Fields in Astrophysics. – New York: Gordon and Breach, 1983.
  9. Krause F., Rädler K.-H. Mean Field Magnetohydrodynamics and Dynamo Theory. – Oxford: Pergamon Press, Ltd., 1980. – 271 p.
  10. Krivodubskij V.N. Rotational anisotropy and magnetic quenching of gyrotropic turbulence in the solar convective zone // Astron. Reports. – 1998. – Vol. 42. – P.122–126.
  11. Krivodubskij V.N. The structure of the global solar magnetic field excited by the turbulent dynamo mechanism // Astron. Reports. – 2001. – Vol. 45. – P.738–745. https://doi.org/10.1134/1.1398923
  12. Krivodubskij V.N. Turbulent dynamo near tachocline and reconstruction of azimuthal magnetic field in the solar convection zone // Astron. Nachrichten. – 2005. – Vol. 326, No. 1. – P.61–74. https://doi.org/10.1002/asna.200310340
  13. Krivodubskij V.N. Small scale alpha-squared effect in the solar convection zone // Kinematics and Physics of Celestial Bodies. – 2015. – Vol. 31, No. 2. – P.55–64. https://doi.org/10.3103/s0884591315020038
  14. Charbonneau P. Dynamo models of the solar cycle // Living Rev. Solar Phys. – 2010. – Vol. 7, No. 3. – P.1–91. https://doi.org/10.12942/lrsp-2010-3
  15. Солнечно-земные связи и космическая погода (под ред. Петруковича А.А.) // Зеленый Л.М., Веселовский И.С. (ред.) Плазменная гелиогеофизика. Том II. – М.: Физматлит. – 2008. – 560 с.
  16. Кременецький І.О., Черемних О.К. Космічна погода: механізми і прояви. – Київ: Наукова думка, 2009. – 144 с.
  17. Парновский А.С., Ермолаев Ю.И., Жук И.Т. Космическая погода: история исследования и прогнозирование // Космічна наука і технологія. – 2010. – Т. 16, № 1. – С.90–99.
  18. Кузнецов В.Д. Солнечно-земная физика и ее приложения // УФН. – 2012. – Т. 182, № 3. – С.327–326. https://doi.org/10.3367/ufnr.0182.201203h.0327
  19. Кузнецов В.Д. Космическая погода и риски космической деятельности // Космическая техника и технологии. – 2014. – № 3(6). – С.327–326.
  20. Чижевский А.Л. Земное эхо солнечных бурь. – М.: Мысль, 1976. – 368 с.
  21. Гибсон Э. Спокойное Солнце. – М.: Мир, 1977. – 408 с.
  22. Störmer C. La Theorie corpusculaire des aurores boreales // L'Astronomie. – 1918. – Vol. 32. – P.153–159; 200–205.
  23. Chapman S., Ferraro V.C.F. // Terrest. Magn. and Atmosph. Elec. – 1931. – Vol. 77. – P.171. https://doi.org/10.1029/te036i003p00171
  24. Chapman S. The viscosity and thermal conductivity of a completely ionized gas // Astrophys. J. – 1954. – Vol. 120. – P.151. https://doi.org/10.1086/145890
  25. Biermann L. Über die Ursache der chromosphärischen Turbulenz und des UV-Exzesses der Sonnenstrahlung // Zs. f. Ap. – 1948. – Vol. 25. – P.161.
  26. Biermann L. // Zs. f. Naturfororsch. – 1952. – Vol. 7a. – P.127.
  27. Parker E.N. Dynamics of the interplanetary gas and magnetic fields // Astrophys. J. – 1958. – Vol. 128. – P.664–676. https://doi.org/10.1086/146579
  28. Паркер Е.Н. Динамические процессы в межпланетной среде. – М.: Мир, 1965. – 364 с.
  29. Гелиосфера (под ред Веселовского И.С., Ермолаева Ю.И.) // Зеленый Л.М., Веселовский И.С. (ред.) Плазменная гелиогеофизика. Том I. – М.: Физматлит. – 2008. – 560 с.
  30. Всехсвятский С.К., Никольский Г.М., Пономарев Е.А., Чередниченко В.И. К вопросу о корпускулярном излучении Солнца // Астрон. журнал. – 1955. – Т. 32. – С.165–17.
  31. Пономарев Е.А. К теории солнечной короны: Диссертация на соискание ученой степени кандидата физ.-мат. наук. – Киев: Киевский университет, 1957. – 233 с.
  32. Пудовкин М.И. Солнечный ветер // Соросовский образовательный журнал. – 1996. – № 12. – С.87–94.
  33. Хундхаузен А. Расширение короны и солнечный ветер. – М.: Мир, 1976.
  34. Proelss G.W. Physics of the Earth's Space Environment. – Berlin: Springer, 2004.
  35. Gazis P.R. Solar cycle variation in the heliosphere // Rev. Geophys. – 1996. – Vol. 34, No. 3. – P.379–402. https://doi.org/10.1029/96rg00892
  36. Sheeley N.R., Wang Y.-M., Hawley S.H., et al. Measurements of flow speeds in the corona between 2 and 30 Rsun // Astroph. J. – 1997. – Vol. 484, No. 1. – P.472–478. https://doi.org/10.1086/304338
  37. Wilcox J.M., Ness N.F. Extension of the photospheric magnetic field into interplanetary space // Astron. J. – 1965. – Vol. 70. – P.333. https://doi.org/10.1086/109608
  38. Forbush S.E. World-wide cosmic-ray variations, 1937–1952 // J. Geophys. Res. – 1954. – Vol. 59, No. 4. – P.525–542. https://doi.org/10.1029/jz059i004p00525

Завантажити PDF