Данные о магнитном поле Солнца можно получать благодаря исследованию космических лучей. При этом проводится регистрация излучения, появляющегося во время взаимодействия заряженных частиц, атомов, молекул или всей плазмы с магнитным полем. Самый простой пример подобного взаимодействия – это движение электрона в магнитном поле.
Под поверхностью Солнца находится слой, который называют фотосферой.
Физические механизмы течения солнечной активности и ее источник находятся в зоне конвекции, под солнечной поверхностью. Около поверхности звезды возникает вихревое перемешивание плазмы, вынос энергии на поверхность происходит при движении вещества. Данный способ передачи энергии называют конвекцией, при этом слой, находящийся около поверхности Солнца называют конвективной зоной.
Роль конвективной зоны очень велика, так как в конвективной зоне возникают перемещения солнечного вещества и магнитного поля.
Солнце в «спокойном состоянии» можно представить как газообразную сферу, равновесное состояние которой определено балансом гравитационной силы и градиента давления. Идущий в центре Солнца термоядерный синтез служит источником энергии. Внешняя оболочка Солнца находится в состоянии стационарной конвекции, ячейки которой - это гранулы и супер гранулы, которые видно на поверхности. Данная конвекция не зависит от широты и долготы. Солнце совершает вращение и имеет магнитное поле. Но вращение и общее магнитное поле настолько слабые, что не влияют на равновесие спокойного светила.
Исследования показали, что напряженность магнитного поля Солнца в целом небольшая, в два раза больше, чем напряженность поля Земли.
В активном Солнце роль вращения и наличие магнитных полей становятся определяющими.
С появлением и развитием локальных сильных местных магнитных полей связано множество явлений, которые происходят в солнечной атмосфере, например:
- возникновение темных пятен;
- протуберанцев;
- вспышек;
- стримеров;
- петель в солнечной короне;
- факелов.
Области в атмосфере Солнца с сильным магнитным полем называют активными.
Механизмы солнечной активности
Увеличение количества протуберанцев, факелов, количества вспышек, интенсивности корпускулярного излучения объединены названием солнечная активность.
Характеристикой солнечной активности часто служат данные о количестве пятен на фотосфере. Пятна обладают запасом магнитной энергии, ее изменения порождают основные явления.
Отличительным качеством солнечной активности служит ее повторяемость (периодичность). Одиннадцатилетний цикл активности Солнца открыт в 1893 году астрономом Г. Швабе (Дессау).
Ученые считают, что число пятен, суммарная площадь поверхности, которую они занимают на диске Солнца, связаны с изменениями напряженности магнитного поля во время цикла солнечной активности. Если учитывать изменение знака общего поля Солнца при переходе от цикла к циклу, азимутальная составляющая которого связана с пятнами и полоидальная компонента может быть ассоциирована с диполем, данную периодичность считают двадцати двух летней.
Эту периодичность объясни при помощи теории магнитного динамо.
Механизм действия солнечного динамо можно представить так:
- Термоядерный синтез в центре Солнца питает стационарную конвекцию в поверхностной оболочке, кроме этого он является источником энергии динамо-машины.
- Движущим механизмом является дифференциальное вращение, спиральность конвекции, турбулентная диффузия и диамагнетизм.
- Осциллирующая система – это крупное магнитное поле.
- Механизм, управляющий осциллятором, действует посредством дифференциального вращения Солнца, средней спиральности его турбулентной конвекции и турбулентной диффузии силовых линий магнитного поля.
Теория динамо, даже в ее простейшем виде объясняет периодичность магнитного поля (обращение полярности и изменения знаков полей пятен), движение максимума поля к более низким широтам и другие свойства солнечного цикла.
Явления, происходящие на поверхности Солнца
В области солнечных пятен всегда имеется сильное магнитное поле, с напряженностью в тысячи раз большей, чем в невозмущенных областях. Данное поле действует на заряженные частицы плазмы и таким образом, препятствует возникновению потоков конвекции. Тогда на этой площади газ с высокой температурой перестает подниматься к поверхности, в результате температура этой части поверхности существенно уменьшается.
В области факела магнитное поле менее сильное, чем при образовании пятен, оно не способно останавливать вертикальные потоки плазмы. Но это магнитное поле может подавлять беспорядочное перемещение плазмы в потоке и способно уменьшать внутреннее трение. При этом появляется устойчивый восходящий поток газа с высокой температурой, который называют факелом.
Если заряженная частица движется в постоянном магнитном поле, то изменяется направление скорости ее движения. Переменное во времени магнитное поле, которое пронизывает плазму, способно изменять и направление, и модуль скорости заряженных частиц. Оно может образовывать направленное движение плазмы. Это способствует образованию мощных плазменных потоков. Данные потоки выбрасывают большие массы газа, которые выходят далеко в корону, при этом образуются протуберанцы.
Переменное магнитное поле, связанное с развитием совокупностей пятен, может оказывать давление на плазму, тогда в хромосфере над этой группой пятен, возникает мгновенное сжатие плазмы, при этом повышается температура газа. В этой области хромосферы появляется хромосферная вспышка – внезапное и резкое увеличение интенсивности свечения.
Переменное магнитное поле выбрасывает в пространство космоса плазменные потоки, скорость перемещения которых составляет порядка 1000 км/ч. Эти потоки называют корпускулярными потоками. Часть таких частиц могут разогнаться до скоростей, приближающихся к скорости света, при этом возникают космические лучи.
Потоки заряженных частиц, которые выбрасывает Солнце:
- долетают до Земли,
- отклоняются магнитным полем Земли,
- оказывают воздействие на магнитное поле Земли.
При наибольшей солнечной активности на Земле происходят сильные возмущения магнитного поля, которые называют магнитными бурями.
Некоторое количество заряженных частиц попадают в магнитное поле Земли и, перемещаясь по спиралям вдоль линий магнитной индукции магнитного поля нашей планеты, попадают в некоторую ловушку. Концентрируясь в виде колец вокруг Земли, частицы составляют радиационные пояса. Эти пояса обнаруживают спутники. В районах полюсов данные частицы попадают в атмосферу, при этом можно наблюдать полярные сияния.
