Солнечные факторы, определяющие состояние космической погоды, и задачи их прогнозирования (стр. 2 из 4)

В новой парадигме причины и следствия в солнечно-земной физике остаются неясными два момента:

переход выброса корональной массы в межпланетный выброс корональной массы;

процесс возникновения выброса корональной массы в атмосфере Солнца и его связь с другими явлениями солнечной активности.

Утверждения Гослинга, на основе которых отрицается связь между солнечными вспышками и выбросами корональной массы, основаны на следующем:

1. Выбросы корональной массы часто происходят на более высоких гелиоширотах, чем активные области и вспышки.

Утверждение основано на результатах Хундхаузена [12]. Как отметил Драйер [13], эти результаты показывают, что действительно существуют выбросы корональной массы, возникающие на гелиоширотах

50o, однако их этих же данных следует, что существует и не меньшая, если не большая, по величине низкоширотная составляющая в распределении выбросов корональной массы по гелиоширотам.

2. Ссылаясь на Харрисона [14], Гослинг утверждает, что выброс обычно начинается раньше, чем происходит любая реальная вспышечная активность.

Сам Харрисон в цитируемой выше и последующей работе [15] делает вывод, что связанные с выбросами корональной массы вспышки могут происходить в любое время в пределах нескольких десятков минут относительно начала выброса: опережать, совпадать или даже запаздывать. Исследованные нами случаи [16-17] также обнаружили как опережение, так и запаздывание выброса корональной массы относительно эруптивного события.

3. Выброс корональной массы обусловлен изменениями в крупномасштабном магнитном поле, тогда как вспышки обусловлены изменениями в более сильных, но меньшего масштаба полях, связанных с активными областями.

Гослинг рассматривал вспышку как мелкомасштабное по сравнению с выбросом корональной массы явление. Если сравнивать наблюдаемые размеры хромосферной вспышки с размерами выброса, то это действительно так. В то же время процесс запасания и выделения энергии во вспышке на корональных высотах охватывает практически всю активную область. Очаги вспышек в хромосфере отмечают только места высыпания вдоль силовых линий магнитного поля потоков плазмы и ускоренных частиц, возникающих в процессе пересоединения магнитных полей в крупномасштабном токовом слое в короне активной области. Видимые в линии Нa очаги хромосферной вспышки составляют только малую часть активной области.

В процессе развития выброса корональной массы его вещество движется не только в антисолнечном направлении, но и в других направлениях. Это в равной мере относится к выбросам, связанным как со вспышками, так и с эруптивными протуберанцами. Как показано в работе [16], выброс «раздувается» во всех направлениях и уже на высотах порядка 15000 км его поперечные размеры становятся больше 10o Еще более наглядно этот процесс виден по наблюдениям на SOHO/EIT и LASCO, (например, события 7 апреля и 23 декабря 1996 г.). В этих событиях выбросы корональной массы наблюдались с самой ранней стадии их возникновения. Инициация началась с очень маленького объема (вспышка 7 апреля и эруптивный протуберанец 23 декабря). Дере и др. [18] сделали вывод, что инициация крупномасштабного выброса мелкомасштабной эрупцией является ключевым моментом, который должен быть включен в понимание возникновения выброса корональной массы.

Уже это краткое обсуждение показывает, что аргументы Гослинга недостаточно убедительны, чтобы полностью отрицать связь солнечных вспышек с выбросами корональной массы.

В своем построении новой парадигмы Гослинг исходит из «классических» представлений о вспышке: «под вспышками мы понимаем повышенное излучение фотонов (или электромагнитное излучение) в широком диапазоне энергий, часто связанное с другими формами солнечной активности. Такое излучение может происходить из фотосферы, хромосферы или короны».

Эти классические представления отражают понимание явления солнечной вспышки середины 60-х гг. В последующие годы с появлением данных в микроволновом, рентгеновском и ультрафиолетовом излучении с высоким временным и пространственным разрешением и развитием теоретических исследований представления о пространственной структуре вспышки и происходящих в ней процессах существенно расширились. В настоящее время вспышка рассматривается как динамическое явление, включающее в себя перестройку структуры магнитного поля, быстрые гидродинамические движения плазмы, ускорение заряженных частиц и генерацию ударных волн. По современным представления «вспышка Гослинга» является вторичным эффектом, обусловленным высыпанием в хромосферу вдоль силовых линий магнитного поля потоков плазмы и ускоренных частиц из области первичного энерговыделения в короне.

В то же время и у сторонников связи между вспышками и выбросами корональной массы нет единства взглядов на эту связь. Здесь можно выделить три подхода к проблеме.

1. По мнению Швестки [19], между вспышкой и выбросом корональной массы существует причинно-следственная связь. Он считает, что одним из наиболее важных известных источников выбросов на Солнце (и, вероятно, преобладающим источником) являются эруптивные вспышки. Эруптивная вспышка, по определению Швестки и Кливера [20],- «процесс высвобождения энергии, который в зависимости от величины магнитного поля проявляется во внезапных исчезновениях волокон без какого-либо поярчания в хромосфере, появлении нескольких Нa-узлов в более сильных полях и, наконец, двухленточных вспышек в полностью развитых активных областях. Термин «эруптивная вспышка» не требует какой-либо хромосферной вспышки, то есть вспышки в старом смысле этого слова». Основной отличительной особенностью этого типа вспышек является разрушение магнитной конфигурации. Вспышки без разрушения магнитной конфигурации (нагрев и поярчание ранее существовавших петель) относятся к компактным вспышкам. Швестка считает, что все важные межпланетные и геомагнитные эффекты связаны с эруптивными вспышками.

Так как Швестка интерпретирует эруптивную вспышку в рамках модели Кармайкла-Старрока-Хираямы-Коппа и Пноймана, то, как отметил Харрисон [15], в этой схеме начало выброса корональной массы либо совпадает с началом вспышки либо предшествует ей. Здесь справедливо замечание, сделанное выше относительно концепции Гослинга.

2. В концепции Харрисона [14] вспышка, выброс корональной массы и любая эрупция протуберанца являются составными частями одного и того же активного события, названного им корональной магнитной бурей. Основным элементом этой концепции является взаимодействие систем магнитных петель разного масштаба. Не привязываясь к конкретной модели, Харрисон считает, что вся эта активность имеет общий драйвер (триггерный механизм) и нет смысла говорить о вспышке, возбуждающей выброс, и наоборот.

3. Драйер [13] полагает, что причина возникновения выброса корональной массы носит бимодальный характер. Выброс корональной массы может быть как результатом эруптивного процесса, так и результатом потери равновесия крупномасштабной магнитной структуры. В последнем случае выброс корональной массы может не проявляться в оптических наблюдениях на диске Солнца.

Нетрудно заметить, что наряду с различиями (касающимися, в основном, причинно-следственной связи) в концепциях Швестки и Харрисона существует и принципиальное сходство. Швестка объединяет мощную вспышку и эруптивный протуберанец в одно явление - эруптивную вспышку. Харрисон добавляет к ним выброс корональной массы и называет это явление корональной магнитной бурей.

Действительно, причина всех трех явлений - выброса корональной массы, эрупции протуберанца и вспышки - заключена в высвобождении энергии в процессе перестройки (разрушения по Швестке) магнитной конфигурации. Однако следует признать, что эти три явления существенно различаются по формам запасания и высвобождения энергии.

В отличие от эруптивного протуберанца во вспышке значительная часть энергии выделяется уже в короне в виде тепловой энергии и энергии ускоренных частиц. Микроволновое излучение является чувствительным индикатором появления в короне электронов с энергиями

10 кэВ. Оно уверенно регистрируется даже в случае субвспышек. В то же время мы не наблюдали микроволнового излучения в случае эруптивного протуберанца. Большая часть ускоренных частиц направлена вниз, в хромосферу, в результате чего возникает хромосферная вспышка. Оба явления отличаются темпом выделения энергии, особенно на их начальной стадии. Исходя из этих обстоятельств, следует признать, что рассмотрение вспышек и эруптивных протуберанцев как одного явления эруптивной вспышки чересчур обобщающее.

Для обеих концепций возникает вопрос: если в зависимости от конкретных условий процессы могут развиваться по различным путям, с различными характерными особенностями каждого из них, следует ли их объединять под одним понятием, будь то эруптивная вспышка или корональная магнитная буря?