Журнал Природа, 2005г. №9

Журнал Природа, 2005г. №9

: [url=http://txt.drevle.com/text/priroda-2005-09/8]Журнал Природа, 2005г. №9[/url]
 

Содержание
OCR
ФИЗИКА

плазму за пределами несколь
ких солнечных радиусов от по
верхности Солнца принято уже
называть солнечным ветром,
так как его характеристики
сильно отличаются от характе
ристик плазмы в основании ко
роны. Сам термин, повидимо
му, впервые появился в немец
кой научной литературе, а глав
ным пионером теоретического
изучения этого явления стал
Е.Паркер (США). Существование
солнечного ветра было доказа
но экспериментально в 1959 г.
группой советских ученых во
главе с К.И.Грингаузом (1918—
1993) с помощью приборов, ус
тановленных на космическом
аппарате «Луна2», а позже —
«Луна3».
Паркер сделал принципиаль
ный для описания солнечного
ветра шаг. Вместо интуитивно
понятного гидростатического
уравнения, предполагающего,
что гравитация уравновешива
ется давлением газа солнечной
атмосферы
dp
GM 
= –ρ
,
dr
r2
он использовал гидродинами
ческое уравнение
ρv

dv
dp
GM 
+
= –ρ
,
dr
dr
r2

допускающее, что такое статич
ное равновесие не устанавлива
ется и начинается движение га
за. Здесь ρ, v, p — плотность,
скорость и давление плазмы, r —
расстояние от центра Солнца,
G — гравитационная постоян
ная, M  — масса Солнца. Реше
ния последнего уравнения в
первом приближении удов
летворительно объясняют ре
зультаты наблюдений солнечно
го ветра на орбите Земли (v =
= 400 км/с, ρ = 10 см –3), но самое
главное, что они позволяют ско
рости превысить скорость звука
в среде. Это означает, что усло
вия истечения плазмы в солнеч
ной короне можно сравнить
с условиями в реактивном дви
гателе — сопле Лаваля (рис.4.), и
ПРИРОДА • №9 • 2005

Рис.4. Схематическое изображение течения газа в сопле Лаваля;
v — скорость газа, a — скорость звука.

плазма на высоте нескольких
солнечных радиусов переходит
от дозвукового к сверхзвуково
му течению. Идея сопла Лаваля
состоит в том, что дозвуковое
течение газа ускоряется при су
жении сечения сопла, а сверх
звуковое течение, наоборот, ус
коряется при его расширении,
т.е. идет непрерывное ускоре
ние газа. Этот принцип лежит
в основе работы всех ракетных
двигателей. На Солнце роль ме
няющегося профиля канала те
чения газа выполняет гравита
ция. От характера течения зави
сит взаимодействие солнечного
ветра с планетами: прежде чем
вступить во взаимодействие
с плазменными или газовыми
оболочками планет, сверхзвуко
вой солнечный ветер должен за
тормозиться, создавая около
планетные ударные волны.
Несмотря на то, что модель
Паркера качественно правиль
но описывала общее поведение
параметров солнечного ветра,
предсказанные ею значения
наблюдались только в экстре
мально медленном и плотном
солнечном ветре. Для получения
реально наблюдаемых величин
необходимо ввести в уравнения
дополнительные
источники
энергии в области ускорения
плазмы (т.е. необходимо отка
заться от допущения об адиаба
тичности истечения плазмы).
Механизмы, обеспечивающие
нагрев солнечной короны и ус
корение солнечного ветра, по
всей видимости, имеют общую

природу, но в настоящее время
точно неизвестны. Модель Пар
кера — чисто газодинамическая
и не учитывает наличия магнит
ного поля и его влияния на ди
намику плазмы в солнечной ко
роне. Источник нагрева солнеч
ной короны связан с диссипа
цией магнитного поля, но изза
того, что проводимость горячей
плазмы
солнечной
короны
очень высока, обычный джоулев
нагрев происходит очень мед
ленно и в действие вступают бо
лее тонкие, кинетические эф
фекты, разыгрывающиеся на ма
лых масштабах.
Сложные конвективные тече
ния в фотосфере приводят к об
разованию иерархий многомас
штабных магнитных структур.
Магнитное поле при этом стано
вится очень неоднородным, но
его изменения на больших
масштабах подобны тем, что
возникают на масштабах, мень
ших в десятки и сотни раз. Это
позволяет говорить о том, что
такое поле может рассматри
ваться как самоподобная фрак
тальная структура. Подобная
структура, которая формирует
распределение магнитного поля
в подножии силовых трубок,
вмороженных в растекающийся
солнечный ветер, естественно,
влияет и на структуру магнитно
го поля в нем. В этом смысле
можно сказать, что солнечный
ветер обладает памятью. Конеч
но, нелинейные процессы, про
исходящие в солнечном ветре,
приводят к изменению спектра
7