Сообщает «Прогноз»

На орбитальных солнечных обсерваториях «Прогноз» проводится ряд важных экспериментов. Общая цель — комплексное изучение процессов солнечной активности и их влияния на физические явления в межпланетной среде, магнитосфере Земли и на поверхности нашей планеты.

Орбита спутника выбрана так, чтобы в течение большей части периода обращения проводить исследования из районов, расположенных вне воздействия магнитного поля Земли. В таких условиях заметно снижаются помехи от частиц, захваченных геомагнитным полем, а кроме того, возможно наблюдение невозмущенного «солнечного ветра» — потока заряженных частиц, непрерывно испускаемых нашим светилом. Почему же нужно изучать солнечную активность, особенно вспышки и связанные с ними явления?

Речь идет об одном из самых удивительных и впечатляющих явлений природы. Гигантские взрывы на Солнце чаще всего происходят в периоды максимума его активности, повторяющиеся в среднем через 11 лет. Одна из моделей их возникновения предполагает следующее развитие событий. Внутри Солнца в условиях очень высоких давлений и температур идут термоядерные реакции. Но полученная энергия не может «вырваться» наружу сквозь плотные непрозрачные слои плазмы. И лишь через несколько промежуточных процессов поглощения и испускания продуктов термоядерных реакций происходит конвективный (механический) перенос масс сильно нагретого вещества из внутренних районов к внешним слоям, к фотосфере. Здесь оно расходует энергию на излучение, остывает и погружается внутрь, уступая место более горячим порциям плазмы. Поверхность Солнца как бы кипит, освобождая накопившуюся энергию.

Но временами на относительно однородной поверхности нашей звезды появляются устойчивые области с несколько меньшей температурой. Они кажутся темными на ярком фоне и потому получили название солнечных пятен. Около них всегда наблюдаются сильные магнитные поля, в тысячу и более раз превосходящие нормальный фоновый уровень на «невозмущенной» части поверхности Солнца.

Магнитное влияние пятен уменьшает конвекцию солнечной плазмы в своей зоне и как бы «аккумулирует» часть энергии, заключенной в конвективном движении. Магнитные поля группы пятен могут иметь сложную конфигурацию и иногда взаимно уничтожаются, создавая так называемые «нейтральные» полосы, вдоль которых возникают сильные электрические токи. Они неустойчивы и иногда прерываются на короткое время, образуя в разрыве сильные электрические поля, которые ускоряют частицы плазмы до высоких энергий. Вот этот ускоренный поток, взаимодействуя с плазмой, и дает взрыв. Одновременно возбуждаются электромагнитные колебания в широком диапазоне частот (рентгеновское излучение, радиовсплески, ультрафиолетовое излучение).

Существуют и другие модели. Но общая картина возникновения и развития вспышек пока еще недостаточно ясна. Требуют дальнейшего изучения и все их последствия. Что же нам уже известно об этом?

Потоки заряженных частиц, ускоренных в момент взрыва, частично преодолевают барьер магнитных полей около Солнца и попадают в межпланетную среду. К тому же вспышка, особенно крупная, почти всегда является источником ударной волны, которая распространяется во все стороны на десятки тысяч километров. При ее взаимодействии с магнитными полями солнечных пятен, возможно, также происходит интенсивное ускорение заряженных частиц, особенно протонов. Их потоки представляют серьезную радиационную опасность при полетах человека в космосе.

«Дыхание» вспышки ощущает и непосредственная окрестность Земли — магнитосфера. Эксперименты показали, что существует взаимосвязь различных процессов внутри магнитосферы с солнечной активностью. Так, «солнечный ветер» деформирует геомагнитное поле Земли и придает ему форму, несколько напоминающую каплю. На одной стороне нашей планеты «поджатая» солнечным ветром граница магнитосферы располагается от Земли на расстоянии 10 ее радиусов, а пространство между фронтом ударной волны и границей магнитосферы составляет так называемую переходную область, где встречается горячая плазма. На противоположной, «теневой», стороне магнитосферы образуется шлейф геомагнитного поля, простирающийся на 100 и более земных радиусов. Под воздействием возмущений «солнечного ветра» геомагнитное поле испытывает ответные возмущения, проявляющиеся в виде магнитных бурь и полярных сияний.

Одно из самых примечательных образований внутри магнитосферы — зона захваченной радиации, или радиационные пояса Земли, почти целиком состоящие из электронов и протонов. Динамика радиационных поясов тесно связана с возмущениями в межпланетной среде, магнитными бурями и полярными сияниями.

Большое влияние на характер геофизических явлений оказывают рентгеновское и коротковолновое излучения Солнца. Они вызывают распад молекул под действием света, образование новых молекул и атомов и определяют состав верхней атмосферы Земли. Электромагнитные излучения Солнца служат основным источником нагрева верхней атмосферы Земли. Они же участвуют в образовании ионосферы и определяют состав, плотность, температуру, ионизацию верхних слоев атмосферы.

Но и это еще не все. Влияние процессов, происходящих на Солнце, ощущает вся биосфера Земли, ее животный и растительный мир. Так, от развития солнечной активности в ходе одиннадцатилетнего цикла зависят погода, скорость роста деревьев, «всплески» численности насекомых, — например, саранчи, — распространение некоторых заболеваний.

Число подобных примеров быстро увеличивается и заставляет глубже изучать природу и закономерности возникновения всех форм солнечной активности, а также механизмы передачи возмущений от Солнца через межпланетную среду к Земле. Очень важно научиться прогнозировать появление вспышек и вызванных ими различных эффектов. Можно согласиться с мнением многих видных ученых, что создание службы Солнца не менее важно для народного хозяйства, чем работа метеорологической и сейсмологической служб.

На орбитальных солнечных обсерваториях «Прогноз» проводится много экспериментов, которые должны дать информацию, необходимую для изучения и моделирования физической картины явлений солнечной активности и методов их прогнозирования.

При помощи спектрометров рентгеновских и гамма-излучений осуществляются временный контроль и спектральный анализ электромагнитного излучения вспышек в широком интервале энергий. Группа приборов — детекторов и спектрометров заряженных частиц — предназначена для изучения поведения и углового распределения протонов и электронов, рождаемых в ходе вспышек. Эти же приборы изучают закономерности распространения потоков заряженных частиц в межпланетной среде. Другие исследуют характеристики возмущений в «солнечном ветре» и межпланетном магнитном поле. Производятся также эксперименты по изучению длинноволнового радиоизлучения и низкочастотных электромагнитных колебаний в межпланетной среде и магнитосфере Земли.

Первые данные, полученные со спутников «Прогноз», «Прогноз-2» и «Прогноз-3», принесли интересные результаты. Прежде всего ученые получили возможность регулярно следить за радиационной обстановкой в межпланетной среде около Земли. Например, с апреля по ноябрь 1972 года межпланетное пространство было заполнено интенсивными потоками солнечных протонов с энергией до нескольких мегаэлектронвольт и электронов с энергией в десятки килоэлектронвольт. Такое обилие частиц в период минимума солнечной активности необычно.

На этом повышенном фоне, который создают заряженные частицы относительно небольших энергий, несколько раз наблюдались крупные солнечные вспышки. Особенно активным Солнце было в начале августа 1972 года. 2, 4 и 7 августа произошли самые крупные за последние 20 лет вспышки, сопровождавшиеся интенсивными потоками протонов и электронов. Приборы, установленные на спутниках «Прогноз» и «Прогноз-2», зарегистрировали в околоземном космическом пространстве это уникальное явление природы. Дозиметрические измерения показали, что поглощенная доза внутри космического корабля, будь он в это время на орбите, составила бы опасную для здоровья человека величину.

Ученые обнаружили также несколько весьма интересных явлений, сопровождавших эту серию вспышек. Например, узкое, с очень крутыми передним и задним фронтами возрастание потока частиц почти во всех диапазонах энергий. Эта своеобразная «труба» диаметром в несколько миллионов километров протянулась от Солнца до границ нашей системы и была образована силовыми линиями межпланетного магнитного поля, связанного, по-видимому, на одном конце с районом вспышки. Механизм удержания частиц в такой трубе еще недостаточно ясен. Профили всплесков рентгеновского излучения вспышек имеют периодическую структуру.

Данные, получаемые с автоматических станций «Прогноз», сопоставляются с результатами наземных астрономических обсерваторий и геофизических станций, широкая сеть которых охватывает почти всю планету. Ученые настойчиво ищут возможность предсказывать явления солнечной активности.