6 лет назад
Нету коментариев

Рассмотрим сначала фактические данные, существен­ные для понимания физических процессов в солнечных вспышках и их причин.

Во-первых, большие вспышки возникают в больших, сложных в магнитном отношении группах солнечных пя­тен, в фазе сильных изменений характеристик магнит­ного поля, в частности изменений магнитного потока. Это наводит на мысль, что причиной вспышки должны быть какие-то электромагнитные процессы.

Во-вторых, вспышка начинается с усиления на про­тяжении характерного времени ~ 100 с эмиссии в ви­димой области, а также мягкого рентгеновского излуче­ния. Затем следует фаза взрыва, во время которой в межпланетное пространство выбрасываются облака плазмы и частицы высокой энергии, происходит импуль­сивный всплеск жесткого рентгеновского излучения.

Во взрывной фазе иногда появляется излучение вспышки в «белом» (интегральном) свете — непрерыв­ная эмиссия. Остается до сих пор неясным, имеет ли непрерывная оптическая эмиссия вспышек в «белом» свете тепловое происхождение или она обусловлена син­хротронным излучением. Вся атмосфера вокруг вспыш­ки продолжает активизироваться на протяжении харак­терного времена около 1 ч.

Очень важна энергетика всего процесса. Оценки ве­личины энергии, сделанные различными способами, для взрывной фазы дают величину порядка 1032 эрг, причем в основном эта энергия освобождается в виде кинетиче­ской энергии плазмы с массой порядка 1016 г, выбро­шенной со скоростями до 1500 км/с. Примерно такая же энергия освобождается в фазе затухания в оптическом диапазоне и в основном в космических лучах. Оценки числа и распределения быстрых частиц, выброшенных вспышкой, довольно сильно отличаются друг от друга. Для электронов получается около 1036—1037 электронов, в интервале энергий от 10 кэВ до 0,1 МэВ (это следу­ет из анализа радиовсплесков типа III, которыми сопровождаются вспышки, а также из импульсивных вспле­сков рентгеновского излучения во взрывной фазе). Точно так же, около 1031—1033 электронов в диапазоне от 0,1 до 3 МэВ должны ускоряться в течение фазы затуха­ния, для того чтобы можно было объяснить всплески радиоизлучения типа IV при вспышках. По-видимому, необходимо также, чтобы в течение первых 10 мин в объеме, занятом излучением вспышки в линии На, суще­ствовали электроны в диапазоне энергии около 1 кэВ (эти электроны, по-видимому, не теплового происхож­дения).

Что (касается энергии жесткого излучения в виде ядер высокой энергии, то от большой вспышки можно ожи­дать величину энергии порядка 1032 эрг в спектральном диапазоне 0,5 МэВ —30 ГэВ.

Пр,и условии распространения частиц высокой энер­гии непосредственно в направлении к Земле их поток самое быстрое через 20 мин достигает внешней границы атмосферы Земли и составляет здесь около 109 частиц •(см2)-1. Такая величина фактически наблюдалась у ряда сильных вспышек во время Международного Гео­физического Года с помощью искусственных спутников Земли.

Отметим еще некоторые отдельные специфические свойства вспышек, которые должна объяснить теория.

1. Тонкая структура видимого излучения солнечных вспышек, отдельные элементы которой составляют ве­личину от 0,3 до 0,5″ (200—300 км). Энергия, выделяе­мая в этих элементах, может составлять величину око­ло 106 эрг/ом3, что никак нельзя объяснить появлением в элементах вспышки обычного теплового источника за счет перераспределения тепла в атмосфере Солнца. По­добная тонкая структура, по-видимому, имеется и в рентгеновском излучении, как следует из рентгеновских «фотографий» Солнца.

2. Турбулентные движения в области вспышки со ско­ростями до 250—300 км/с, как это следует из анализа уширения контуров эмиссии спектральных линий.

3. «Красная» асимметрия спектральных линий — пре­обладание яркости с красной стороны от центра спект­ральной линии у большинства вспышек во взрывной и последующих фазах.

4. Массовые движения плазмы в области вспышки часто бывают «сверхзвуковыми», а ускорение движения отдельных частей потока плазмы превышает ускорение силы тяжести на Солнце.

5. Связь первых «поярчаний» вспышек с нейтраль­ной линией продольного магнитного поля и областями «бифуркации» магнитных силовых линий.

6. Возникновение мощных вспышек в областях, где градиент магнитного поля превышает критическую ве­личину 0,1 Гс/км, т. е. большие значения электрическо­го тока. Иначе говоря, места возникновения сильных вспышек в 75% случаев связаны с наличием сильных вертикальных токов, которые определяются уравнением Максвелла по результатам измерения магнитных полей (для областей с градиентом напряженности поля более 0,1 Гс/км полный электрический ток может достигать 5•1011 А).

(В более общем виде «глобальные» требования к тео­рии вспышек можно сформулировать следующим обра­зом:

а) нужно знать источник энергии порядка 1033 эрг, которая может быть освобождена в результате некото­рых физических процессов в течение вспышки, возмож­но, благодаря изменению конфигурации магнитного по­ля и изменению магнитного потока;

б) нужно знать «триггерный» (спусковой) механизм освобождения запасенной энергии;

в) нужно, чтобы во взрывной фазе преобразовалась по крайней мере половина запасенной энергии в энер­гию движения плазмы со скоростями до 1500 км/с за время менее чем 3•102 с, а также реализовалось уско­рение движения «вспышечной» материи, превосходящее гравитационное ускорение;

г) нужен для объяснения радиоизлучения вспышки механизм ускорения по крайней мере 1036 электронов до энергии порядка 100 кэВ за 1 с, причем повторяю­щийся несколько раз в течение взрывной фазы вспыш­ки;

д) нужен также механизм ускорения 1036 протонов в диапазоне от 0,5 МэВ и выше за время, меньшее чем 100 с.

Рассмотрим сперва вопрос о возможных источниках энергии солнечных вспышек. Нетрудно показать, что ни тепловой, ни гравитационной энергии недостаточно для того, чтобы объяснить наблюдаемое энерговыделе­ние при вспышках. Это следует хотя бы из того факта, что никакими гравитационными и тепловыми эффекта­ми нельзя объяснить выброс облака плазмы со скоро­стью, которая превосходит по крайней мере в 2 раза так называемую «скорость ускользания», а также с уско­рением, в несколько раз превосходящим гравитационное ускорение. Более того, если даже над некоторым уров­нем атмосферы Солнца, в некоторой массе газа обра­зовался избыток тепловой и гравитационной энергии, способный удерживаться на этом уровне благодаря «уп­ругости» поперечного магнитного поля нижележащих слоев, не позволяющего массе плазмы сдвинуться вер­тикально вниз (так как движение поперек силовых ли­ний у плазмы сильно затруднено), все равно эта масса соскользнет вдоль силовых линий и упадет на поверх­ность Солнца. Подобные движения часто наблюдаются в солнечных протуберанцах.

Нетрудно показать, что наиболее правдоподобным источником энергии вспышек является магнитная энер­гия, запасенная в группах солнечных пятен. Даже не­большого перемещения солнечных пятен друг относи­тельно друга (примерно на 30% их взаимного расстоя­ния) достаточно, чтобы изменить магнитную потенциаль­ную энергию группы на величину, сравнимую с той, ко­торая освобождается при вспышке. Кроме того, непо­средственные измерения изменения магнитной энергии активной области для больших вспышек показывают, что эти изменения энергии, в смысле разницы ее значения до вспышки и после вспышки, составляют величину по­рядка 1033 эрг. Это имело место, например, для вспыш­ки 5 июля 1959 г.

Вообще медленные движения солнечной плазмы при развитии активной области в принципе в состоянии де­формировать магнитное поле в фотосфере так, чтобы дать необходимые изменения (увеличение) энергии по­ля, ибо очень высокая электропроводность плазмы в ак­тивной области, особенно в хромосфере и короне, обыч­но не допускает сколько-нибудь заметной джоулевой диссипации энергии за время жизни активной области.

Далее, механические силы в хромосфере Солнца су­щественно меньше, чем электромагнитные, поэтому кон­фигурация поля формируется здесь только под дейст­вием этих последних сил, т. е. поле является, как гово­рят, «бессиловым» полем. Т. Голд и Ф. Хойл предпо­ложили, что могут возникать скрученные цилиндрические трубки силовых линий такого поля, упирающиеся своими основаниями в солнечную атмосферу. В них мо­жет запасаться магнитная энергия, доходящая да 1030 эрг. Однако эта величина недостаточна для объяс­нения сильных вспышек. Более того, сами по себе, т. е. без наличия «твердых» стенок, такие трубки оказывают­ся неустойчивыми в том смысле, что ось трубки изги­бается, а сама трубка распадается.

В теории, развитой X. Эллиотом, предполагается, что значительное количество энергии может быть запасено в «магнитных ловушках» — образованиях типа радиа­ционных поясов Земли, но значительно большего мас­штаба. Полный запас энергии электронов и протонов в таком поясе может достигать 1032 эрг, что достаточна для объяснения энергии быстрых частиц во вспышках. При наличии некоторых видов возмущений «магнитные ловушки», которые содержат эти частицы больших энер­гий, «открываются» — частицы могут уйти из ловушек и обусловить наблюдаемые потоки от вспышки. Однако поскольку энергия частиц в ловушке накапливается в результате довольно длительного процесса последова­тельных отражений частиц от «магнитных пробок» — концов радиационного пояса, где сильно сгущаются си­ловые линии поля, остается непонятным, как может не­обходимая энергия частиц накапливаться за время, сравнимое с интервалами времени между последова­тельными вспышками (иногда несколько часов).

Дж. Пнейманом высказывалось предположение а том, что магнитно-звуковые волны, вызванные конвек­тивными движения-ми в фотосфере, не проникают в ко­рону в областях сильного поперечного поля, соединяю­щего две полярности. Поток таких волн преобразуется в тепловые или звуковые волны, которые распространя­ются вдоль магнитных силовых линий в той области хро­мосферы, где магнитная энергия существенно больше, чем тепловая. На этой основе было развито представ­ление, согласно которому между противоположными по­люсами двух пятен образуется подобие стоячих волн, и магнитное поле разрушается, когда накопленная таким образом энергия волн станет превосходить энергию маг­нитного поля. Процесс даст довольно быстрый рост и медленное затухание энергии оптического излучения. Разрушение магнитного поля будет сопровождаться тур­булентными макроскопическими движениями со скоростями до 200 км/с и энергиями порядка 2•1014 эрг/с. Это совместимо с тем, что показывают контуры спект­ральных линий во вспышках. Однако расчет показыва­ет, что время накопления значительной энергии в таких стоячих волнах также оказывается достаточно большим (~104 с) для того, чтобы объяснить появление солнеч­ных вспышек.

Таким образом, наиболее правдоподобно, что вспыш­ки черпают всю свою энергию из магнитного поля ак­тивной области. Основным вопросом является — каким образом магнитная энергия, запасенная в магнитной конфигурации групп солнечных пятен может преобразо­ваться в разные виды энергии вспышки: тепловую, све­товую, энергию массового движения плазмы, энергию потоков ядер и электронов.

Мы уже указывали, что перемещения солнечной плазмы поперек силовых линий, при которых возникает электрический ток и связанный с ним переход электро­магнитной энергии в тепловую, так называемые джоуле­вы потери, крайне затруднены, плазма может только скользить вдоль силовых линий магнитного поля. Но в магнитных конфигурациях могут возникать такие обла­сти, где эти ограничения снижаются. Это «нейтральные» точки, или слои, зоны, где магнитное поле исчезает бла­годаря, например, смыканию противоположно направ­ленных силовых линий. Возле них возможны движения плазмы поперек слабого окружающего их поля, могут возникать токи и джоулевы потери, пропорциональные квадрату величины тока. Поэтому нейтральные точки давно привлекают внимание теоретиков как места, где возможно возникновение вспышек. Пример такой кон­фигурации показан на рис. 10.

Пример нейтральной точки N в магнитном поле

Пример нейтральной точки N в магнитном поле

В первом приближении наблюдения показывают, что развитие магнитных свойств активной области (протя­женность поля, поток), происходящее при выносе из подфотосферных слоев групп пятен, и взаимные пере­мещения пятен происходят достаточно медленно (дни, недели): эти изменения «квазистационарные». Поэтому в области нейтральной точки может установиться ква­зистационарная джоулева диссипация в токовом слое, окружающем нейтральную точку, как было показано П. Свитом.

Однако более тщательные расчеты Е. Паркера показали, что процесс на­грева очень медленный, если учесть неполную ионизацию солнечной плазмы.

Более того, X. Ягги бы­ло доказано, что прежде чем установится стацио­нарный токовый слой, возникает особого рода неустойчивость, так назы­ваемая «тиринг»-неустойчивость: токовый слой ра­спадается на отдельные слои, трубки, параллельные направлению тока. Но даже до наступления этой неустойчивости, когда слой еще не достиг усло­вий, при которых возникают заметные токи, мас­са газа «выжимается» под действием силы — гра­диента магнитного поля, направленного к нейтральной точке (плоскости), и растекается в направлении наи­меньшего сопротивления с магнитозвуковой скоростью. Поэтому квазистационарная теория нейтрального слоя в таком виде не может быть принята. Она была пере­смотрена X. Петчеком, который учел то обстоятельство, что в нейтральной плоскости рассеяние магнитной энер­гии происходит быстрее (за 30—100 с) не только бла­годаря джоулевым потерям, но и благодаря процессу «встречи» и переналожения волн Альвена (магнитно-звуковые волны). Этот процесс, равносильный пересече­нию двух слабых ударных магнитогидродинамических волн, приводит к тому, что джоулев нагрев происходит в малой зоне пересечения фронтов, а в остальной части происходит перезамыкание силовых линий (рис. 11). В этой модификации имеется тот недостаток, что зона на­грева оказывается очень небольшой и тонкой, ток воз­никает несильный, дающий электроны со скоростями порядка тепловых при температуре 10 000°К.

Механизм пересечения двух слабых магнит гидродинамических волн; Механизм быстро возникающего контакта силовых линий противоположного направления

Механизм пересечения двух слабых магнит гидродинамических волн; Механизм быстро возникающего контакта силовых линий противоположного направления

А. Б, Северным и В. П. Шабанским была предло­жена другая теория нейтрального слоя, в которой воз­ле нейтрального слоя «схлопываются» идущие парал­лельно друг к другу две сильные магнитогидродинами­ческие ударные волны с полями противоположного на­правления, возникшие некоторым образом под влиянием быстро растущего магнитного поля. В отличие от пре­дыдущей теории здесь предполагается, что кинетическая энергия волн довольно быстро (примерно 10 с) расходуется на непосредственный нагрев слоя возле нейтральной обла­сти. В этой области нагрев может быть столь сильным, что возникают термоядерные реакции, фрагменты кото­рых имеют энергию, достаточную для их дальнейшего ускорения до фактически измеряемой энергии космиче­ских лучей. Ускорения частиц в области нейтрального слоя в этом случае непосредственно не происходит, оно является лишь побочным продуктом процесса и возни­кает в результате последовательных отражений частиц от сближающихся магнитных полей — «стенок», за фронтами ударных волн. В этой теории, однако, оста­ется неясным механизм «спуска», приводящий к обра­зованию таких сильных ударных волн.

В более поздней разновидности теории нейтрального слоя, разработанной С. И. Сыроватским, допускается столь быстрое перемещение силовых линий к нейтраль­ной точке, что скорость плазмы в соседстве с нею пре­вышает тепловую скорость звука, и поэтому вне возни­кающего токового слоя газ не успевает растечься вдоль силовых линий (рис. 12). В малой области возле ней­тральной точки условие «вмороженности» магнитного поля нарушается и наступает так называемый «эффект динамической диссипации», когда в середине, у нейт­ральной точки, возникает уплотнение, а выше и ниже ее — разрежение, где скорость частиц может достигать очень больших значений — порядка скорости света. Здесь энергия поля непосредственно переходит в кине­тическую энергию заряженных частиц — в ускорение частиц до энергии космических лучей. Условие наступ­ления такого эффекта есть:

F_002

где l — характерный размер токового слоя, v — относи­тельная скорость движения электронов и ионов, п — плотность плазмы, с — cкорость света, Н — напряжен­ность поля, е — заряд электрона.

Дальнейшее развитие этой модели привело к разде­лению процесса на две стадии. Первая из них — фаза возникновения и квазистационарного существования то­кового слоя на месте нулевой линии исходного магнит­ного поля. С токовым слоем связан избыток магнитной энергии по сравнению с энергией потенциального поля, который освобождается на следующей — взрывной фа­зе. На этой фазе происходит разрыв (расщепление) токового слоя, при котором возникают указанные выше быстрые движения плазмы и импульсные электрические поля, ускоряющие заряженные частицы.

Причиной разрыва токового слоя в этой модели слу­жит тепловая неустойчивость при достижении некоторой критической плотности тока и последующая турбулиза­ция плазмы, ведущая к резкому уменьшению проводи­мости слоя.

В этой теории имеются, однако, два серьезных недо­статка. Во-первых, фактические градиенты поля возле нейтральных точек в примерно 106 раз меньше необходимых для наступления рассматриваемого эффекта. Во-вторых, если даже игнорировать это возражение, то задолго до наступления эффекта динамической диссипации, когда токовая скорость v сравнится со скоростью плазменных (магнито-звуковых) волн, наступит плазменная турбу­лентность и, кроме того, сам токовый слой может раз­рушиться под влиянием «тиринг»-неустойчивости (см. выше). Развитие этой неустойчивости и развитие турбу­лентности приведет к тому, что сопротивление току силь­но возрастет из-за рассеяния частиц на элементах тур­булентности и они быстро потеряют энергию; при этом магнитные поля будут диффундировать относительно плазмы и картина будет сильно отличаться от приведен­ной на рис. 12.

Общей трудностью всех упомянутых теорий нейт­рального слоя является отправная фаза процесса, или «триггерный» механизм. Он может представляться в ви­де некоторого состояния неустойчивого равновесия, пос­ле потери которого система неспособна из-за возмуще­ния найти новое стационарное состояние, что приводит к процессу сжатия возле нейтрального слоя. Возмуще­ния всегда могут возникнуть либо при перемещении источников поля — полюсов, либо в результате роста их напряженности, либо других каких-либо причин.

Найденное в основном благодаря работам Крымской астрофизической обсерватории расположение вспышек вблизи нейтральной линии продольного магнитного по­ля, между холмами-полюсами (пятнами) противополож­ной полярности (что приводит к высокому градиенту магнитного поля в районе вспышки) вызвало к жизни ряд попыток объяснения вспышек в результате неустой­чивости плазмы в области нейтральных точек. Однако главное возражение против этого объяснения приходит опять-таки со стороны наблюдательных фактов. Оказа­лось, что в области возникновения вспышек, если они даже лежат на нейтральной линии продольного магнит­ного поля, могут существовать сильные поперечные по­ля. Правда, эти поперечные поля в областях вспышек имеют особенный характер типа «скрещения» силовых линий, или смыкания силовых линий противоположных направлений, или разветвления силовых линий, идущих в одном направлении (так называемые «бифуркации» поля). Более того, было найдено, что часть узлов воз­никает вдали от нейтральной линии продольного маг­нитного поля, в области сильного продольного поля — на границе ядра и полутени пятна. Не обнаруживается связи не только с реальными нейтральными точками, где полный вектор поля должен быть равен нулю, но даже связи с относительными минимумами поля. Нако­нец, для объяснения появления вспышек в нейтральных точках нужно было бы, чтобы наблюдения показывали значительно большее их число, чем их фактически име­ется. Главное, что оставляют наблюдения и измерения для теории с точки зрения магнетизма активных обла­стей, — это связь вспышек с сильными градиентами маг­нитного поля (более 0,1 Гс/км), или, что то же, связь с сильными продольными электрическими токами, а так­же появление вспышек при значительных изменениях магнитного потока через активную область.

Анализ энергетических спектров космических лучей от вспышек свидетельствует о том, что происхождение этих частиц может быть обусловлено только импульсны­ми электрическими полями. Возникновение таких полей также должна объяснить теория вспышек. С этой точки зрения внимания заслуживают теории, в которых про­цесс типа вспышки возникает более или менее самопро­извольно при больших электрических токах. Так, X. Альвен и П. Карлквист обратили внимание на тот факт, что в разрядной трубке при возрастании силы то­ка выше некоторого предела возникает разрыв токового канала. При возникновении большой внешней индуктив­ности (большая длина канала, применительно к Солн­цу) может развиться высокое напряжение на краях та­кого двойного слоя с нулевым током. Если возникают скрученные магнитные силовые трубки в короне, то можно показать, что критерии устойчивости нарушают­ся при плотностях, которые имеются в короне (108 см-3) для токов того -порядка, которые фактически наблюда­лись на магнитограммах поперечного магнитного поля Солнца, полученных в Крымской астрофизической об­серватории. Можно показать, что время процесса состав­ляет всего около 100 с; в течение этого времени боль­шая трубка тока, содержащая 1032 эрг магнитной энер­гии, может освободить эту энергию в виде выброса око­ло 1033 протонов и электронов с энергией 80 ГэВ. Меха­низм привлекателен, однако он дает заметно меньшее число быстрых частиц, чем требуется. Более вниматель­ное рассмотрение критерия устойчивости такого токово­го канала и результаты лабораторных экспериментов по­казывают, что эффект в основном сводится к нагреву газа турбулентностью, хотя при этом и могут возникать некоторые ча­стицы большой энер­гии. Во-вторых, ра­скручивание силовой трубки будет стре­миться устранить не­устойчивость и не ясно, будет ли такая трубка действитель­но существовать, притом на пороге устойчивости. (Ток здесь появляется как результат за­кручивания силовой трубки магнитного поля.)

Следует также упомянуть попытку П. Стурока объясне­ния появления силь­ных вспышек в обла­стях сильного маг­нитного поля, как над самим пятном, так и в промежутке между пятнами. Известно, что силь­ный поток плазмы из Солнца может увлечь кверху вслед за собой силовые линии магнитного поля. При этом мо­жет возникнуть явление, называемое «перезамыканием магнитных силовых линий». В области между двумя пят­нами, на некоторой высоте над ними, возникнет слой с противоположно направленными силовыми линиями, близко прилегающими друг к другу. В нем образуется токовый слой (рис. 13). Можно убедиться, что «перезамыкаиие» и частичное исчезновение силовых линий маг­нитного поля уменьшает его энергию в такой мере, как это требуется. В пользу такого представления говорит возможность объяснения наблюдаемого смещения На-эмиссии сильных вспышек относительно области самого пятна; кроме того, на известной стадии вытягивания си­ловых линий сами собой создаются условия для появ­ления вспышки («триггерный» механизм). В этом пред­ставлении, однако, необходимо, чтобы существовал ка­кой-то агент, приводящий в движение массу плазмы, способную вытянуть силовые линии. Энергии движения обычного солнечного ветра при этом недостаточно, а сильные движения плазмы появляются не в начале, а во взрывной фазе вспышки.

Механизм выталкивания плазмы вместе с магнитными силовыми линиями

Механизм выталкивания плазмы вместе с магнитными силовыми линиями

Совершенно отличным от рассмотренных механиз­мов является указанный выше механизм X. Эллиота, согласно которому изменение магнитного поля радиа­ционного пояса в короне (ослабление поля у основания пояса) может привести к «вытряхиванию» частиц высо­кой энергии, накопленных предварительно в этом поясе, и к их падению в нижние слои солнечной атмосферы. Возбуждение оптической эмиссии под воздействием по­токов таких быстрых частиц, как показал Э. В. Дубов, может, по-видимому, обеспечить наблюдаемую энергию в видимом диапазоне. Однако этот механизм не в со­стоянии объяснить высокоэнергичных выбросов плазмы и большой турбулентности, наблюдаемой во вспышках.

Остановимся еще на одном процессе, который может приводить к возникновению вспышек, и объяснять неко­торые наблюдаемые их особенности. Обычное время эво­люции активной области перед вспышкой от 1 до 10 су­ток, время начальной фазы вспышки — около 100 с, а все время вспышки — около 1000 с. Таким образом, имеет место очень медленное, квазистационарное (в мас­штабе времени развития вспышки) изменение состояния некоторой зоны активной области, а затем взрыв без видимой внешней причины. Т. е. дело обстоит так, как если бы терялась устойчивость квазистатического состоя­ния плазмы в некоторой области. Возникает общий для всех теорий вспышек вопрос о том, какова физическая природа «триггерного» механизма, приводящего к взры­ву. Недавно было обнаружено, что в плазме, в которой напряженность магнитного поля растет со временем, мо­жет возникать так называемое «скинирование» поля, да­же если плазма неподвижна. «Скинирование» — это са­мопроизвольное образование токового слоя вследствие развития перегревной неустойчивости. Физическая сущ­ность этой неустойчивости состоит в том, что благодаря зависимости электропроводности от температуры, слу­чайное локальное увеличение плотности тока или темпе­ратуры должно сопровождаться их ростом в дальней­шем. Однако это изменение продолжается лишь до из­вестного предела, когда дальнейший рост приостанавли­вается и система достигает другого, отличного от исходного, состояния; т. е. перегревная неустойчивость — по­роговая. Образно говоря, это новое состояние есть токо­вый слой с сильными неоднородностями плотности тока в пространстве в виде «гармошки». Наиболее важным является то, что возникновение такого токового слоя возможно только при условии, что градиент поля пре­вышает некоторое критическое значение. По этой теории, развитой В. С. Соколовым, критический градиент по­рядка от 0,1 до 1 Гс/км, что очень близко к наблюдае­мым «критическим» значениям для вспышек. Интересна отметить, что такого рода неустойчивый слой возни­кает на самой границе солнечной плазмы, отделяющей ее от области нулевой плотности. Именно возникновение таких токовых слоев возможно в переходном слое от хромосферы к короне на высотах от 300 до 1000 км, где электропроводность хромосферы достигает макси­мального значения. Из области перегревной неустойчи­вости, где большая плотность тока и большое давление, начинает распространяться ударная волна вверх и вниз. Волна, идущая вниз, вызывает «ожог» хромосферы и затухает, идущая вверх или вбок — может распростра­няться в межпланетное пространство. Та, которая идет вбок, может также активизировать состояние соседней активной области и привести к нагреву, исчезновению лежащих по соседству от вспышки волокон и даже ини­циировать появление вспышки в соседней активной об­ласти. Наиболее привлекательной стороной этой моде­ли является простое и естественное решение очень труд­ного вопроса о «триггерном» механизме, приводящем к появлению вспышки. В качестве такового здесь высту­пает рост напряженности поля со временем и появление критического градиента поля, т. е. те эффекты, кото­рые фактически связаны с возникновением вспышек. Не­достатком этой модели является отсутствие в ней объяс­нения превращения магнитной энергии в энергию дви­жения плазмы: оно по меньшей мере остается неясным. Неясно, насколько такой механизм способен обеспечить выбросы больших масс плазмы с большой энергией дви­жения. Точно так же неясным, как и в прежних моде­лях, остается вопрос о возникновении плазменной тур­булентности на известной стадии рассмотренного про­цесса. Если она возникает, то метод анализа нужно из­менить, а такая турбулентность всегда появляется, если токовая скорость достигает скорости плазменных волн. На наличие плазменной турбулентности, как уже гово­рилось, указывают большие турбулентные скорости, по­лученные по спектральным линиям вспышек.

Мы видим, что для всех теорий вспышек наступле­ние плазменной турбулентности является довольно гроз­ным препятствием, накладывающим к тому же сильные ограничения на возможности ускорения частиц. При низ­ком уровне турбулентности может работать механизм ускорения частиц электрическим током или электриче­ским полем. При высоко развитой турбулентности с присутствием в ней ударных волн, может работать ме­ханизм Ферми — ускорение частиц путем последова­тельных их отражений от магнитных «зеркал» — сгу­щений магнитного поля.

Все указанные выше теории страдают в той или иной степени от недостатков. В то же время каждая из них содержит достоинства, которые в известной мере дела­ют, их пригодными для объяснения отдельных физиче­ских свойств очень сложного процесса — солнечной вспышки. Кроме того, вспышки весьма разнообразны, и едва ли их всех можно описать одной моделью. Сум­мируя все теоретические и наблюдательные данные, можно, по-видимому, предложить следующую картину того, что происходит в связи со вспышкой.

Система более или менее стационарных токов, всплы­вающая вместе с группой солнечных пятен, существует до появления вспышки и наблюдается как система яр­ких точек и волоконец, образующих то, что называется яркими флоккулами. «Тиринг»-неустойчивость этих токов (см. с. 53) и обусловливает тонкую, волокнистую структуру. Благодаря тонкой структуре этих точек и во­локонец (размер может быть меньше 107 см) в них эф­фективно работает механизм джоулева (омического) на­грева. Электрические токи текут вдоль некоторых ка­налов и областей, где проводимость наибольшая, а маг­нитные силовые линии концентрируются вдоль оси ка­налов. Эта система квазистационарна в том смысле, что эти каналы и области находятся в покое, пока об­щий магнитный поток через активную область не меня­ется. Затем благодаря всплыванию новых магнитных полей (новых пятен) из-под поверхностных слоев, маг­нитный поток начинает изменяться. Это ведет, согласно уравнению Максвелла, к возрастанию токов, возможно, выше критического значения, даваемого теорией Альвена и Карлквиста для перерыва токового канала и взры­ва токового шнура. С другой стороны, возникшие силь­ные электрические токи усиливают омический нагрев, вызывают рост проводимости, что ведет также к перегревной неустойчивости (Соколов). В этом, может быть, состоит «триггерный» механизм вспышки. Токовые во­локна благодаря усилению тока сжимаются под дейст­вием генерированного током азимутального поля (пинч-эффект), возникают цилиндрические, сходящиеся к оси волокна, ударные волны и выбросы плазмы в противо­положных направлениях, параллельных оси ствола, з местах, где имеются разрежения плазмы в канале, т. е. возникают вспучиваниями дуги — арки (благодаря так называемой «желобковой» неустойчивости). У оси ка­налов, под действием пинч-эффекта (сходящихся удар­ных волн) возникает сильный нагрев плазмы и гене­рируются быстрые частицы вдоль оси этих токовых ка­налов-волокон. Взаимодействие магнитных полей этих каналов с полем солнечных пятен, в частности с теми, что только что вышли наружу, ведет к появлению боль­ших пондеромоторных сил и к очень сильным, быстрым движениям отдельных волоконец и выбросу наружу не­которой части плазмы, в особенности расширяющейся после сжатия волокон (благодаря, например, диамаг­нитному эффекту). При этом вместе с плазмой выбра­сываются и частично «вмороженные» в нее магнитные поля. Этой стадии процесса, очевидно, должна сопутст­вовать также сильно развитая (благодаря сверхзвуко­вым движениям и различного рода неустойчивостям) турбулентность — контуры спектральных линий сильно расширяются. Благодаря изменению магнитных полей в целом по активной области и сильным движениям, су­ществовавшие до вспышки радиационные пояса (маг­нитные «бутылки») опускаются, поле магнитных «про­бок» может ослабляться, что ведет к освобождению пре­дварительно накопленных в них протонов и электронов большой энергии (процесс, указанный Эллиотом).

Конечно, предложенная сейчас картина явлений лишь чисто качественной, но, будучи основана на наблюде­ниях и основных достижениях многих теорий, она мо­жет быть недалека от истины.