Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I Феноменологическая модель ярких рентгеновских точек на солнце 8
1.1 Наблюдения ЯРТ в различных диапазонах длин волн 8
1.2 Время жизни ЯРТ, распределение по поверхности Солнца, связь с II-летним циклом 15
1.3 Локализация ЯРТ относительно ячеек хромосферной сетки 22
1.4 Связь ЯРТ с магнитными полями 31
1.5 Нестационарность ЯРТ, нагрев короны и солнечный ветер . 36
1.6 Феноменологическая модель ЯРТ 39
ГЛАВА 2 Рентгеновское и ультрафиолетовое излучение ЯРТ 44
2.1 Поверхностная яркость рентгеновских точек 44
2.2 Расчет рентгеновского и ультрафиолетового излучения ЯРТ 48
2.3 Распределение электронной концентрации и температуры с высотой в ЯРТ 56
ГЛАВА 3 Свечение ЯРТ в линиях гелия и водорода 62
3.1 Введение 62
3.2 Ионизация гелия в ЯРТ 65
3.3 Остаточные интенсивности линий D3 и Л 10830 в спектре ЯРТ 71
3.4 Спектральные наблюдения Солнца в области 10830 А 74
3.5 Свечение ЯРТ в линиях водорода . 76
ГЛАВА 4 Нетепловая модель ЯРТ 80
4.1 Интерпретация тонкой структуры ЯРТ 80
4.2 Связь ЯРТ с высокоскоростными потоками частиц 83
4.3 Ионизация вещества ЯРТ частицами потоков 87
4.4 Коротковолновое излучение ЯРТ 91
Заключение 94
Литература 99
- Время жизни ЯРТ, распределение по поверхности Солнца, связь с II-летним циклом
- Расчет рентгеновского и ультрафиолетового излучения ЯРТ
- Остаточные интенсивности линий D3 и Л 10830 в спектре ЯРТ
- Связь ЯРТ с высокоскоростными потоками частиц
Введение к работе
Яркие рентгеновские точки (ЯРТ) на Солнце были обнаружены в 1969 году /I/. Это компактные образования с характерным размером 10000 км и средним временем жизни 8 часов. ЯРТ излучают в широком интервале длин волн, начиная от мягкой рентгеновской области спектра и кончая радиодиапазоном /2-4/.
В настоящее время накоплен большой наблюдательный материал о ЯРТ. В результате его анализа выявлены следующие основные закономерности /2,5-8/.
ЯРТ распределены по всей поверхности Солнца, включая и полярные области.
Общее число ЯРТ изменяется в противофазе с 11-летним циклом солнечной активности.
ЯРТ концентрируются внутри корональних дыр и, по-видимому, связаны с процессами генерации солнечного ветра.
Несмотря на свою компактность ЯРТ обладают тонкой структурой, элементы которой возникают и распадаются за время ~ 6 минут.
Иногда происходят вспышки ЯРТ, сопровождающиеся выбросами хромосферного вещества, которые наблюдаются и в линии Ноб .
Этот далеко не полный перечень свойств ЯРТ показывает, что понимание природы процессов, происходящих в них, может пролить свет на такие важные вопросы физики Солнца, как структура короны и ее связь с магнитным полем, циклическая переменность солнечной активности, генерация солнечного ветра и нагрев короны, а также накопление и реализация энергии во вспышках.
Однако, несмотря на многочисленные исследования, некоторые важные аспекты физики ЯРТ до сих пор не получили удовлетворительного решения. Даже такой вопрос, как локализация ЯРТ относительно ячеек хромосферной сетки, не исследован на должном уровне. Ошибочно предполагается, что ЯРТ не связаны со структурой сетки и отождествляются с эфемерными активными областями (ЗАО). Анализ наблюдательных данных, основанный на этом положении, часто приводит к противоречивым выводам. Например, принято считать, что ЯРТ/ЭАО образуют мелкомасштабный конец широкого спектра солнечной активности. В то же время, число ЯРТ изменяется в проти-вофазе с II-летним циклом, тогда как число ЗАО коррелирует с ним /9/.
Недостаточно полно исследованы и спектры ЯРТ. Электронная концентрация и температура лишь грубо оцениваются на основе рассмотрения свечения ЯРТ в отдельных линиях ДО,II/. Не изучены условия образования линий Л 10630 и J\ 5876 нейтрального гелия, которые позволяют наблюдать структуру ЯРТ с наземных обсерваторий.
Цель работы состояла, прежде всего, в выявлении связи ЯРТ со структурными образованиями, наблюдаемыми на различных уровнях солнечной атмосферы и в построении моделей, позволяющих интерпретировать излучение ЯРТ в коротковолновой, видимой и инфракрасной областях спектра.
В диссертации получены следующие основные результаты.
Предложена феноменологическая модель ЯРТ на основе обобщения и систематизации имеющегося наблюдательного материала.
Установлено соответствие между ЯРТ и светлыми образованиями, наблюдаемыми на слектрогелиограммах в линиях К Са+ и Ed водорода.
Показано, что в подавляющем большинстве случаев ( ~ 90$)
ЯРТ локализуются на границах ячеек хромосферной сетки, а следовательно связаны с ее магнитным полем и со спикулами. Этот результат является новым и не согласуется с точкой зрения многих исследователей, отрицающих какую-либо связь ЯРТ с элементами сетки.
4. Построена модель ЯРТ на основе анализа их излучения в
далекой ультрафиолетовой области спектра. Расчитано излучение яр
ких точек в рентгеновской области спектра.
5. Определены условия образования инфракрасной ( Л 10630)
и желтой ( В3 ) линий гелия в ЯРТ. Для этой цели составлены и
решены интегральные уравнения диффузии излучения в гелиевом кон-
тинууме Л ^= 504 А. Уравнения решены для двух геометрических моделей - шара и вертикальной плиты.
6. Оценены яркость и центральная интенсивность линий Ld и
UoL водорода в ЯРТ.
7. Получены спектры Солнца в области 10830 А . Наблюдаемая
остаточная интенсивность линии J\ 10630 согласуется с теоретической.
Предложен новый источник энергии ЯРТ: ионизация и возбуждение элементов происходит под действием потоков высокоскоростных частиц.
Составлены и решены уравнения ионизационного равновесия в случае ионизации потоком частиц. Получены относительные концентрации всех наиболее распространенных ионов. Рассчитаны интенсивности рентгеновских и EUV линий.
Автор выносит на защиту:
Результаты исследования локализации ЯРТ относительно ячеек хромосферной сетки.
Модель ЯРТ, полученную на основе анализа их рентгенов-
ского и ультрафиолетового излучения.
3. Результаты расчетов степени ионизации гелия и интенсив
ности линий Л 10830 и U3 в ЯРТ.
4. Результаты расчетов свечения ЯРТ под действием потоков
высокоскоростных частиц.
диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения.
В первой главе на основе анализа наблюдательного материала предложена феноменологическая модель ЯРТ. В эту главу включены и результаты работ автора по исследованию локализации ЯРТ относительно ячеек хромосферної! сетки.
Во второй главе наблюдаемые интенсивности EVV- линий в ЯРТ интерпретируются в рамках современной теории образования линий.
В третьей главе рассчитываются степень ионизации гелия в ЯРТ и интенсивность линий Л 10630 и D3 . Оценивается поверхностная яркость рентгеновских точек в линиях LJL и Ed. водорода.
В четвертой главе обосновывается нетрадиционный подход к интерпретации свечения ЯРТ. Рассчитываются интенсивности линий для модели, в которой ионизация и возбуждение элементов производится потоком высокоскоростных частиц.
В заключении обсуждаются основные результаты диссертации.
Время жизни ЯРТ, распределение по поверхности Солнца, связь с II-летним циклом
Одной из наиболее важных характеристик ЯРТ является продолжительность их жизни. Голуб и др. /2/ аппроксимировали гистограмму времени жизни 100 ЯРТ распределением Пуассона со средним значением 8 часов. Более детально этот вопрос исследовался на примере трех серий рентгеновских снимков, полученных с временным разрешением от 45 минут до 2-х часов /41/. Распределение времени жизни исследовалось по следующей методике /42/: фиксировались все ЯРТ, присутствующие на первом снимке каждой серии и затем подсчитывалось число тех же ЯРТ, еще различимых в более поздние моменты времени. Полученная гистограмма числа Л/ оставшихся (нераспавшихся) ЯРТ от времени t , аппроксимировалась экспоненциальной кривой hl(t) = l\l(o) exp(/z) . Однако, лучшее согласие с наблюдениями было достигнуто при использовании двучленной аппроксимации со следующими значениями параметров: 7 = 8.7 - 0.2; = 35 4;Л/ /Л/5 = 0.12 г 0.02. Таким образом, большинство ЯРТ распадаются за характерное время порядка 8 часов и около 10$ ЯРТ живут 1.5 суток и более. Означает ли это, что различные по своей природе образования одинаково могут проявляться как компактные источники рентгеновского излучения Если да, то эти образования должны различаться по каким-то другим признакам.
Рассмотрим, например, распределение ЯРТ по поверхности Солнца. На рис. 1.2 а, заимствованном из работы Голуба и др./43/, представлено типичное распределение ЯРТ по гелиоцентрическим широтам. Сплошная кривая на этом рисунке, полученная по закону косинуса, соответствует случаю равномерного распределения. Результат вычитания этих двух кривых (рис. 1.2 б) показывает, что распределение ЯРТ приблизительно равномерно только на больших широтах (/,5Р/ 30). Исходя из этого, Голуб и др. /43/ условно разделили все ЯРТ на два приблизительно равных класса, один из которых равномерно распределен по гелиоширотам, а другой, представленный на рис. 1.2 б, сосредоточен в основном в пределах 30 от экватора и распределен аналогично активным областям.
Разделение ЯРТ на два класса является чисто статистическим и никакой физической разницы между яркими точками, принадлежащими к различным классам, не обнаруживается. Преобладание ЯРТ в экваториальной зоне можно было бы объяснить, в случае, если низкоширотные (/f/ 30) ЯРТ имели бы большую продолжительность жизни, чем высокоширотные. Однако, никакой корреляции между временем жизни ЯРТ и ее местоположением не наблюдается /44/. Следует также отметить, что широтное распределение не связано с двумя компонентами временного распределения, поскольку соотношение короткоживущих ( A/S ) и долгоживущих ( dL ) ЯРТ приблизительно 10:1, а компоненты широтного распределения по численности приблизительно равны.
Гелиоцентрическое долготное распределение ЯРТ также является неравномерным. На рис. 1.3 представлено распределение ЯРТ приходящихся на 10 Кэррингтоновской долготный интервал /43/. Как видно из рисунка происходят значительные вариации этой величины по долготе. Построение аналогичных графиков для других оборотов Солнца показало, что положения пиков распределения не сохраняется /44,45/. Поэтому нет никаких оснований полагать, что существуют долготы, на которых частота появления ЯРТ больше. Кроме того, высокоширотные ЯРТ испытывают меньше вариации по долготе, чем низкоширотные. Однако, в целом в период полета ОСК Скайлэб количество высокоширотных ЯРТ испытывало большие вариации по времени, чем количество низкоширотных /44/.
Из сказанного выше следует, что все выводы относительно закономерностей распределения ЯРТ по поверхности Солнца носят предварительный характер. Это и не удивительно, поскольку данные, на которых основаны эти выводы, получены в течение всего-навсего полугодового периода полета 0KG Скайлэб. Дело усложняется еще и тем, что приходится учитывать влияние излучения крупномасштабных активных областей, которое искажает реальную картину распределения. Кроме того, Голуб и Вайана /46/ обнаружили, что в период полета ОКС Скайлэб на Солнце происходили крупномасштабные вариации в появлении ЯРТ с характерным периодом 2-3 месяца. Эти вариации также должны были повлиять на наблюдаемую картину распределения ЯРТ.
В результате анализа рентгеновских данных, полученных с 1970 по 1978 год (кроме 1973 г. все данные были получены с ракет) Голуб и др. /5/ обнаружили, что число ЯРТ на Солнце изменяется в противофазе с 11-летним циклом солнечной активности. На рис. 1.4, заимствованном из этой работы, представлен ход изменения числа ЯРТ, присутствовавших на диске и относительных цюрихских чисел пятен /2со временем. Отметим, что наложение излучения крупномасштабных активных областей уменьшает число ЯРТ, присутствующих на диске. Однако, учет этого "эффекта видимости" приводит к незначительным ( с 10$) изменениям среднего числа ЯРТ /5,47,48/. Таким образом, обнаруженное изменение числа ЯРТ, по-видимому, обусловлено физическими причинами. Данные, полученные в 1979 и 1981 г.г. подтверждают антикорреляцию чисел ЯРТ и Rz/6/.
Расчет рентгеновского и ультрафиолетового излучения ЯРТ
В предыдущих параграфах мы рассмотрели особенности проявления ЯРТ в различных областях спектра и закономерности их распределения по поверхности Солнца. При этом, мы старались интерпретировать наблюдательные данные не тенденциозно, т.е. не предполагая заранее известным какое-либо свойство ЯРТ или их связь с другими образованиями. В противном случае это могло бы привести к противоречивым или даже ошибочным представлениям. Например, исходя из существования однозначной связи между ЯРТ и ЭАО "установлено" , что ЯРТ представляют собой всплывающий магнитный поток и образуют мелкомасштабный конец непрерывного распределения активности /48/. Однако, в этой же работе /48/ Голуб писал, что временное разрешение имеющихся рентгеновских снимков и магнитограмм не позволяет установить, "представляют ли ЯРТ всплывающий магнитный поток и излучает ли в рентгеновской области любой обнаруживаемый всплывающий поток". Несостоятельность второго свойства ЯРТ подробно обсуждалась нами в 1.4. Из сказанного видно, что феноменологическая модель должна основываться на наиболее надежных наблюдательных фактах.
Перечислим свойства ЯРТ, которые подробно обсуждались в предыдущих параграфах. 1. Характерный размер ЯРТ порядка 10000-20000 км. Высота ЯРТ над лимбом не более 10000 км. Продолжительность их жизни около 8 часов. Одновременно на Солнце присутствует до 500 ЯРТ и распределены они по всей поверхности, включая и полярные области. 2. ЯРТ - это уплотнения скорее шарообразной, а не вытянутой формы, поскольку независимо от положения на диске Солнца они представляют собой точечные источники. 3. ЯРТ излучают в широком интервале длин волн, в частности, в линиях ПуХ 625 А, Л/е VII 465 А, НеП 304 A, L L водорода, в линиях Eat , К Са+ и радиодиапазоне. ЯРТ наблюдаются в поглощении в линиях Л IC830 и А 5876 ( D3 ) нейтрального гелия. 4. ЯРТ локализованы на границах ячеек хромосферной сетки. Отсюда следует, что они могут быть тесно связаны со спикулами, которые также сосредоточены вдоль границ ячеек. 5. Число ЯРТ так же как и спикул, изменяется в противофазе с II-летним циклом солнечной активности. 6. ЯРТ обладают тонкой структурой, элементы которой распадаются за характерное время около 6 минут и имеют размеры 2500х 12000 км. 7. Поверхностная яркость рентгеновских точек, претерпевает значительные вариации. Это указывает на то, что поступление энергии в ЯРТ происходит в виде отдельных импульсов в течение всей ее жизни. Иногда, приток энергии может резко возрасти, что приводит к уярчанию или даже вспышке ЯРТ. 8. Приблизительно 5-10$ ЯРТ в течение своей жизни вспыхивают. Эти вспышки сопровождаются выбросами хромосферного вещества - макроспикулами, наблюдающимися в далекой ультрафиолетовой области спектра и в линии Hod. Иногда ЯРТ сопровождаются радиовсплесками. 9. Плотность числа ЯРТ внутри корональних дыр приблизительно в 3 раза больше, чем в невозмущенных участках вне Щ. А вспышек ЯРТ внутри Щ наблюдается, по крайней мере, в 20 раз больше. 10. Обнаружена корреляция между числом ЯРТ внутри Щ и плотностью потока солнечного ветра. Долгоживущие высокоскоростные потоки, а также, наибольшая скорость СВ не только оказались связанными с ЕД, но и наблюдались на фазе спада солнечного цикла, а не вблизи его максимума. Из совокупности наблюдательных данных следует, что ЯРТ это уплотнение в короне, локализованное над границами ячеек хромос ферной сетки. Не исключено, что они являются продолжением в ко рону хромосферних узелков. Поскольку ярких рентгеновских точек на Солнце значительно меньше, чем узелков сетки, то по-видимому, они возникают лишь там, где усилен поток энергии в корону. Это может, например, осуществляться в областях с высокой напряжен ностью магнитного поля, где происходит канализация энергии, пос тупающей снизу. Вещество, необходимое для обеспечения свечения ЯРТ поставляется спикулами, которые обуславливают и наличие тонкой структуры ЯРТ. Это согласуется с представлением о том, что спикулы являются основным поставщиком вещества в корону Д20Д2І/. Кроме того, время жизни и размеры спикул совпадают с соответствующими параметрами элементов тонкой структуры ЯРТ (см. 1.3,1.4).
Ассоциация со спикулами не противоречит и предполагаемой связи ЯРТ с процессами генерации солнечного ветра. Высокоскоростные потоки вещества, связанные с ЯРТ при некоторых условиях (открытые магнитные конфигурации) могут покидать поверхность Солнца, образуя солнечный ветер.
В первом приближении можно отвлечься от существования динамичной тонкой структуры ЯРТ и рассмотреть задачу об образовании рентгеновских и ультрафиолетовых линий в рамках представлений о неоднородно нагретой плоскопараллельной атмосфере, находящейся в состоянии гидростатического равновесия. Такой подход позволяет в общих чертах интерпретировать коротковолновое излучение ЯРТ. Однако, некоторые важные вопросы физики ЯРТ и, в частности, источники нагрева, остаются нерешенными.
При интерпретации же образования линий Л 10830 и V3 нейтрального гелия необходимо учесть наличие тонкой структуры ЯРТ. Высок оионизированные атомы, излучающие в рентгеновской и ультрафиолетовой области спектра, сосредоточены в элементах тонкой структуры ЯРТ. Внутри этих элементов водород и гелий практически полностью ионизованы. Следовательно, эмиссионные элементы прозрачны для излучения в линиях А 10830 и D3 и не вносят вклада в их образование.
Остаточные интенсивности линий D3 и Л 10830 в спектре ЯРТ
До настоящего времени мы рассматривали ЯРТ как стационарные образования, интенсивность излучения которых остается неизменной в течение длительных промежутков времени. Между тем они являются динамичными образованиями и претерпевают значительные вариации яркости.
Анализ рентгеновских снимков, полученных с высоким пространственным и временным разрешением,показал /II/, что поступление энергии в ЯРТ происходит в течение всей ее жизни и носит импульсный характер. Иногда источник энергии может резко активизироваться, что приводит к уярчению или даже вспышке ЯРТ. Причины вариаций яркости рентгеновских точек несколько прояснились после того, как было обнаружено наличие у них тонкой структуры /10, 35/. Оказалось, что ЯРТ состоят из нескольких эмиссионных элементов с характерными размерами 2500x12000 км и временем жизни около б мин. Следовательно, яркость рентгеновской точки в любой момент времени определяется как числом эмиссионных элементов, так и их суммарной яркостью.
Принято считать, что элементы тонкой структуры ЯРТ представляют собой миниатюрные петли биполярных магнитных областей /35/. Однако тот факт, что эмиссионные элементы могут располагаться друт относительно друга самым произвольным образом (параллельно, перпендикулярно, под углом, даже пересекаться) противоречит данной гипотезе. Действительно, трудно представить биполярную область, которая соединялась бы несколькими силовыми трубками, рас-пол ожеиными друт относительно друга под различными углами. Тем не менее динамику этих элементов продолжают интерпретировать в рамках представления о магнитных петлях /10/: сначала происходит разогрев верхних частей петель и затем быстрое охлаждение путем излучения, на корональном уровне и теплопроводности в основании петель, где тепло переизлучается в линиях переходной области и верхней хромосферы. Существенным моментом в этой картине является уярчение элементов сначала в линиях короны (например, /ч Хб25 А), а затем уже в линиях переходной области и хромосферы. Однако, временное разрешение инструмента (5.5 мин.) не позволяет ни опровергнуть, ни подтвердить данную гипотезу. Хаббал и Уитброу /10/ утверждают, что в большинстве случаев они наблюдали одновременное о (с точностью 5.5 мин.) усиление излучения в линиях С II 1335 А, оо О Л 1032 А и МоХ 625 А. В то же время Нойес и др. /24/ наблюдали ЯРТ в линии Л/е УП 465 А (переходная область), которые вообще не проявились в корональних линиях.
Таким образом, интерпретация тонкой структуры ЯРТ,основанная на их тождественности с биполярными областями, т.е. ЭАО, встречается с определенными трудностями и поэтому остается дискуссионной. С другой стороны, локализация ЯРТ над узелками хромосферной сетки ( 1.3), указывает на тесную связь этих объектов со спику-лами, которые также сосредоточены вдоль границ ячеек и , по-видимому, обуславливают наличие тонкой структуры ЯРТ.
В результате исследования лучевых скоростей спикул за лимбом было установлено, что они совершают квазипериодические колебания со средним периодом 5 минут /201/. При этом, мгновенное значение лучевой скорости в спикуле возрастает с высотой приблизительно по линейному закону, т.е. спикула как бы качается на неподвижном основании подобно твердому стержню, при этом самые верхние части спикул колеблются со скоростью порядка 10 км/с /202/. Тогда за 5 минут вершины спикул переместятся приблизительно на 3000 км. Если рассматривать снимки ЯРТ, полученные с интервалом 5-6 мин., как это делали Шили и Голуб /35/, то мы увидим, что все спикулы переместились относительно своих прежних положений на несколько тысяч километров, т.е. в одних местах внутри ЯРТ "возникли" эмиссионные элементы, а в других они "распались". Кроме того, согласно исследованиям Мошера и Поупа /203/, спикулы располагаются не строго вертикально, а чаще всего под углом « 30 к вертикали. Это объясняет относительно большую протяженность эмиссионных элементов. Вообще говоря, число наблюдаемых эмиссионных элементов -спикул и их яркость зависят от расположения относительно луча зрения. Например, при наблюдении ЯРТ в центре диска наиболее яркими должны быть спикулы, направленные радиально, поскольку оптическая толщина в них будет больше.
Теперь остается только выяснить, каким образом спикулы могут излучать в далекой ультрафиолетовой и рентгеновской областях спектра. Температура спикул порядка 10000 К, а электронная концентрация А/е = I(FCM""3 /60/. При таких значениях параметров спикулы не дают вклада в рентгеновское и ультрафиолетовое излучение ярких точек. С другой стороны, в работах /204-206/ сообщается о наблюдении спикул в ультрафиолетовой области спектра. Предполагается, что вещество спикул может нагреваться в результате взаимодействия с высокотемпературной корональной плазмой /205/. Это согласуется с выводами Гуляева и Аймановой /207/ о том, что спикулы погружены в горячую корональную плазму. По нашему мнению, механизм нагрева спикул не согласуется с их излучением одновременно в линии Но и EUVобласти. Из сказанного видно, что вопрос о природе коротковолнового излучения ЯРТ в рамках описанной здесь модели является сложным. Поэтому рассмотрим этот вопрос более подробно.
Скорости движения вещества в спикулах составляют в среднем 20 км/с /60/. Однако,наблюдаемые избыточные ширины короналъных линий свидетельствуют о существовании нетепловых движений газа со скоростями порядка 150 км/с /208-210/. В целом ряде явлений типа выбросов (серджей) или макроспикул наблюдаются скорости вплоть до 1000 км/с и более /108,211/. Наиболее мощные выбросы вещества наблюдаются в усах /212-216/. Широкие эмиссионные крылья линий водорода и металлов в усах, соответствуют скоростям 500-1000 км/с, а иногда и несколько тысяч км/с. Концентрация вещества в усах составляет ІСг -1Сг5 см-3. Множество свидетельств распространения высокоскоростных сгустков вещества можно привести и на примере хорошо известного явления солнечных вспышек /217-218/. Скорости движения вещества, измеренные по дрейфу радиочастот бывают порядка 100000 км/с /219/.
Связь ЯРТ с высокоскоростными потоками частиц
Скорости движения вещества в спикулах составляют в среднем 20 км/с /60/. Однако,наблюдаемые избыточные ширины короналъных линий свидетельствуют о существовании нетепловых движений газа со скоростями порядка 150 км/с /208-210/. В целом ряде явлений типа выбросов (серджей) или макроспикул наблюдаются скорости вплоть до 1000 км/с и более /108,211/. Наиболее мощные выбросы вещества наблюдаются в усах /212-216/. Широкие эмиссионные крылья линий водорода и металлов в усах, соответствуют скоростям 500-1000 км/с, а иногда и несколько тысяч км/с. Концентрация вещества в усах составляет ІСг -1Сг5 см-3. Множество свидетельств распространения высокоскоростных сгустков вещества можно привести и на примере хорошо известного явления солнечных вспышек /217-218/. Скорости движения вещества, измеренные по дрейфу радиочастот бывают порядка 100000 км/с /219/.
Можно было бы продолжить этот перечень явлений, однако,уже приведенные наблюдательные данные позволяют сделать вывод, что высокоскоростные потоки вещества широко распространены и играют важную (а возможно и доминирующую) роль в физике атмосферы Солнца. Все многообразие наблюдаемых явлений, по-видимому, обуславливается масштабами и мощностью потоков, а также глубиной залегания тех или иных образований.
На рис. 4.1, заимствованном из работы Ахмада и Вебба /220/ отчетливо видны полярные щеточки,в основаниях которых локализованы ЯРТ. Скорости истечения вещества в щеточках составляют несколько сот километров в секунду. Соответствие между ЯРТ и полярными щеточками подтверждается и при наблюдениях в далекой ультрафиолетовой области спектра /221/ и в белом свете /222/.
Боулин и Шили /223/ наблюдали образования типа полярных щеточек и внутри экваториальных корональных дыр. Все эти наблюдательные факты согласуются с результатами работы Дэвиса /8/, обнаружившего корреляцию между плотностью потока солнечного ветра и числом ЯРТ внутри корональных дыр.
Распределение щеточек, по-видимому, статистически связано с границами хромосфериой сетки /224/, а следовательно и со спику-лами. В работах Иванчука и др. /225,226/ сообщается о наблюдениях сверхтонких струек ( 1/ 1000 км/с) во внутренней короне, которые являются продолжением хромосферних спикул. Таким образом, спикулы, группируясь в ЯРТ при определенных условиях могут вносить существенный вклад в генерацию СВ. Действительно, спикулы ежесекундно поставляют в верхние слои солнечной атмосферы 10 частиц /60/. С другой стороны, поток СВ у орбиты Земли ( - 1(г слгс /116/) в предположении, что он целиком исходит из коро-нальной дыры,соответствует генерации І035 частиц в секунду /220/. Предполагая, что КД занимает в среднем 1/10 солнечной поверхности, и следовательно, в ней сосредоточена 1/10 часть всех спикул, получим, что для обеспечения наблюдаемой плотности потока СВ достаточно 1% вещества спикул, локализованных внутри БД.
Высокоскоростные потоки частиц могут обеспечить и коротковолновое излучение ЯРТ. В 4.3 будет показано, что для создания высокоионизованных ионов в ЯРТ и возбуждения их свечения скорости потоков должны быть порядка Vp 5000-10000 км/с, а концентрация частиц л/р= 1Сг см 3, т.е. на три порядка меньше чем в спикулах. Предположение о существовании высокоскоростных потоков частиц в ЯРТ позволяет объяснить целый ряд наблюдательных фактов. Например, в работе Пикельнера /227/ указывается, что наблюдаемые в интегральном излучении Солнца коротковолновые линии МаИ и МоШ, требующие для своего образования Т 8.10ЬК, по-видимому, связаны с ЯРТ. И это естественно, поскольку ЯРТ являются единственным возможным источником излучения в этих линиях, расположенным вне активных областей. Однако, все существующие оценки показывают, что температура ЯРТ не более 2.10% /2,11/. Поэтому естественно предположить, что линии MQ KL И МОХЛ. имеют нетепловое происхождение. Интерпретация линий МдИ даже в спектре самых горячих образований на Солнце - активных областей невозможна без привлечения нетепловых высокоскоростных частиц /228/. Высокоскоростные частицы в ЯРТ, по-видимому, обуславливают и наличие слабого фона жесткого рентгеновского излучения, наблюдаемого в невозмущенных областях /229/.
Существует множество гипотез о происхождении высокоскоростных потоков. Например, Северный /230/ показал, что при определенных условиях селективное давление LoL квантов может разогнать водородные атомы до скоростей 4000 км/с. Данная гипотеза согласуется с наблюдаемой локализацией ЯРТ над яркими L L узелками. Отметим, что механизм генерации потоков под действием сил давления в уярчениях, расположенных в нижней хромосфере, в последнее время часто используются для интерпретации спикул /231-234/. Ускорение частиц в ЯРТ может производиться и магнитными силами, например,при аннигиляции поля /235/. Механизм ускорения частиц в спикулах предлагается и в упоминавшейся уже работе Атея и Хольцера /168/. Несмотря на большое число гипотез, механизм генерации потоков остается неясным. Ясно однако, что потоки должны возникать при процессах, широко распространенных на Солнце. Процессами такого рода могут служить, например, звуковые волны, зарождающиеся в конвкетивной зоне. При подходе к фотосфере они ускоряются до ударных, и при выходе на поверхность, где плотность вещества испытывает резкий скачок, могут сорвать тонкий поверхностный слой. Этот процесс должен быть рекуррентным, что обуславливает тонкоструктурность потока. Отметим, что потоки, необходимые для обеспечения коротковолнового излучения ЯРТ, невидимы, поскольку плотность их мала. Эти потоки могут быть обнаружены только по вызываемым им эффектам.
