Г. Є. Кочаров, Санкт-Петербурзький державний технічний університет
Обговорюються дві загадки Сонця: дефіцит сонячних нейтрино і сонячні спалахи, багаті 3He. Показано, що обидві загадки можуть бути дозволені нестандартною поведінкою ізотопу 3He в умовах гарячої та щільної плазми.
Введення
Інтерес до дослідження Сонця безперервно зростає, і це особливо примітно на тлі найважливіших досягнень в астрофізиці в цілому. Зростаючий інтерес до фізики Сонця і геліосфери обумовлений наступними обставинами. По-перше, стало ясно, що процеси, що протікають в різних областях сонячної речовини та околосолнечного простору, характерні для інших космічних об'єктів. Явища типу сонячних відчинені й на інших зірках: зіркові осциляції, плями, спалахи, корони, вітри і глибокі й тривалі мінімуми. Сонце є найближчою зіркою. Всього близько восьми хвилин потрібно, щоб сонячні промені досягли Землі, тоді як від самої близької до нас зірки Проксима Центавра світло йде 4,3 року. Така близькість Сонця до Землі призводить до того, що вона є єдиною зіркою, яку ми бачимо не як точку, а як диск. Тому саме цю (нашу) зірку можна вивчити найбільш детально. Сонце і геліосфера являють собою унікальну гігантську лабораторію, де можна здійснити цілеспрямовані експерименти по перевірці сценаріїв і моделей еволюції зірок, вивчення основоположних проблем магнітогідродинаміки, фізики плазми, атомної фізики і навіть космології і фізики елементарних частинок.
друге, результати десятирічних експериментів по реєстрації сонячних нейтрино показали, що впевненість у тому, ніби ми досить добре знаємо, яким чином відбуваються термоядерні реакції в глибоких шарах Сонця, як мінімум похитнулася.
третє, з відкриттям космічних променів у 1912 році пов'язаний початок астрофізики високих енергій. Неминуче виникло питання про місцезнаходження та механізмі дії прискорювача космічних променів. Ці питання все ще не вирішені. 50 років тому було встановлено місце розташування найближчого до нам прискорювача шляхом реєстрації космічних променів під час сонячного спалаху. Комплексне вивчення сонячних спалахів з використанням супутникової техніки, балонних, наземних і підземних експериментів дозволило значно просунутися в розумінні спалахової процесу. Однак ми ще не в змозі відповісти на деякі питання, пов'язані з проблемою накопичення спалахової енергії та генерації різних прискорених часток. При цьому сонячний прискорювач є найбільш доступним для детального вивчення механізму генерації прискорених часток в порівнянні з іншими астрофизичними джерелами.
четверте, Сонце є єдиним астрофизическим об'єктом, який небайдужий для мешканця Землі. Воно зігріває нас своїм теплом, дарує світло, саме Сонце сприяло появі всього живого на Землі і є джерелом усіх видів енергії, використовуваної людством. Безперервне збільшення енергетичних потреб висуває проблему прямого використання сонячної енергії, яка випромінюється з разючим постійністю мільярди років. Кожен квадратний метр поверхні Сонця в енергетичному відношенні можна порівняти з електростанцією потужністю 60 тис. кВт. Навчитися перетворювати сонячну енергію - значить назавжди відвести невблаганно навислу над людством тінь енергетичної кризи.
Земля занурена у зовнішнє виключно рухому атмосферу Сонця і, отже, піддається сильному впливу "Погоди" на Сонце. Воно впливає на клімат і біосферу, призводить до рух атмосферу планети і т.д. Зараз, коли вивчення навколишнього середовища є однією з найактуальніших проблем, дослідження сонячно-земних зв'язків набуває особливого наукове та науково-прикладне значення.
У статті обговорюватимуться дві проблеми-загадки: дефіцит сонячних нейтрино і ізотоп 3He; сонячні спалахи, багаті 3He.
Сонячні космічні промені, багаті ізотопом 3He
Групи сонячних плям з'являються не по всьому диску Сонця, а тільки в так званих королівських зонах, розташованих приблизно до 40 В° по обидві сторони від сонячного екватора. Групи сонячних плям поблизу краю видимого диска Сонця завжди спостерігаються на рівні фотосфери в оточенні світлих волокнистих утворень, які називаються фотосферного смолоскипами. Це вкрай неоднорідні утворення, які характеризуються широким діапазоном зміни яскравості, температури, швидкості руху речовини, напруженості поля в різних місцях. Розміри їх дуже солідні - від десятків до сотень тисяч кілометрів. Вони існують від декількох днів до декількох місяців. Розвиток факельних майданчиків починається з збільшення їх яскравості і компактності. Площа факельних майданчиків поступово збільшується. Після зникнення плям вони стають більш пухкими і менш контрастними, але розмір їх зростає. Потім площа їх починає зменшуватися, і факельна площа втрачається в навколишньому середовищі. Іноді в факельних майданчиках, спостережуваних в лінії водню Н , Раптово відбувається значне збільшення яскравості в окремих місцях, частіше поблизу сонячних плям. Це одна з особливостей самого вражаючого явища активності Сонця - сонячного спалаху, яку найлегше спостерігати. Енергія великої спалаху досягає 1033 ерг, що в кілька сотень разів більше, ніж можна одержати при спалюванні всіх розвіданих запасів нафти і вугілля. Переважна більшість сонячних спалахів відбувається в районах груп сонячних плям із складним будівлею магнітного поля.
Одним з яскравих проявів сонячних спалахів є прискорення частинок до високих енергій у верхній частині атмосфери Сонця. Сонячні космічні промені (СКЛ) реєструються у Землі у вигляді раптових різких підвищень інтенсивності космічних променів на тлі галактичних космічних променів. Отриманий з спостережень верхня межа енергії СКЛ складає близько 200 ГеВ. Основну частку СКЛ складають протони, є також ядра гелію і важких елементів. Виявлений унікальний клас спалахів - спалахи, багаті ізотопом 3He. Встановлене на досвіді аномальне збагачення сонячних космічних променів рідкісним ізотопом 3He - дуже цікаве явище. Стан і перспективи досліджень цього класу сонячних спалахів докладно обговорюються в роботах автора [1] , [2] . Тут ми коротенько обговоримо основні характеристики 3He-багатих спалахів, природа яких все ще загадкова.
В даний час є каталог [1] , [2] , містить більше 150 сонячних спалахів, багатих 3He. Для 15 з них коефіцієнт збагачення 3He щодо 4He більше 5000 і для 70 - більше 1000. Під коефіцієнтом збагачення розуміється наступне співвідношення:
де I3 і I4 - виміряні значення інтенсивності потоків 3He і 4He в сонячних космічних променях, n3 і n4 - концентрації розглянутих ізотопів у сонячній атмосфері.
Аномально високе відношення потоків 3He і 4He, що досягає 10 (В сонячній атмосфері n3/n4 = 410-4), є головною характеристикою відповідних спалахів. Питання про те, де і яким чином відбувається настільки сильне розділення ізотопів, є предметом інтенсивних обговорень і дискусій.
Важливою вла...
