5 років тому
Немає коментарів

Sorry, this entry is only available in
Російська
На жаль, цей запис доступний тільки на
Російська.
К сожалению, эта запись доступна только на
Російська.

For the sake of viewer convenience, the content is shown below in the alternative language. You may click the link to switch the active language.

До сих пор мы говорили об излучении вспышки в основном только в одной линии водорода На. Кроме нее, в видимой области спектра излучение вспышек сосредо­точено и во многих других спектральных линиях. При наблюдении со спектрографом вспышки на диске Солн­ца линии излучения спектра вспышки накладываются на темные линии (поглощения в спектре фотосферы, рас­положенной под вспышкой. Всего в спектре вспышки наблюдается более 500 линий излучения. В линиях баль­меровской серии водорода (На, Нв и других), в линиях ионизованного кальция (Н и К) излучение вспышек становится ярче непрерывного спектра нижележащей фотосферы. В линиях натрия, магния, железа и других элементов вспышка излучает слабее, и на фоне фотосферного спектра мы видим лишь небольшое повыше­ние яркости в центре этих линий на месте вспышки.

В начальной фазе вспышек иногда наблюдается не­прерывное излучение, накладывающееся на непрерыв­ный спектр фотосферы. Такое кратковременное непре­рывное излучение вспышек, по-видимому, (присутствует почти при всех вспышках балла 2 и выше.

Спектр излучения вспышек во многом похож на спектр излучения спокойной хромосферы, также состоя­щий из отдельных линий излучения. Относительные ин­тенсивности многих линий металлов в спектрах, излу­чения вспышек и хромосферы одинаковы. Однако в спектрах вспышек наблюдается больше линий ионов, чем в спектре хромосферы, что указывает на более высокую степень ионизации элементов во время вспышки. С этим, по-видимому, связано также то, что многие ли­нии нейтральных элементов, присутствующие в спектре хромосферы, отсутствуют в спектре вспышек. Линии ред­коземельных элементов несколько усилены в спектре вспышек. Линии гелия, невидимые в спектре фотосфе­ры, в спектре вспышек, наблюдаемых на краю диска Солнца (лимбовых вспышках), значительно ярче, чем в спектре хромосферы.

В спектрах многих вспышек на диске Солнца наблю­дается до 22 линий бальмеровской серии водорода, а в лимбовых вспышках — до 27. Иногда в спектре вспыш­ки появляется излучение корональных линий Са XIII (4086 А ) и Са XV (5694 А ).

В далекой ультрафиолетовой области спектра излу­чение вспышек сосредоточено во многих линиях, начи­ная от лаймановской серии водорода и до линий 14- и 15-кратноионизованного железа, а также линий ней­трального и ионизированного гелия.

Для свечения во всех этих наблюдаемых линиях в видимой и ультрафиолетовой областях спектра нужны температуры плазмы от 10 тыс. до 3,5 млн. °К.

Одной из наиболее интересных и важных особенно­стей свечения линий в спектре вспышек является тонкая структура излучения в линиях, т. е. концентрация свече­ния (особенно в начальной фазе развития вспышки) в очень мелких структурных элементах вспышки, размеры которых часто не превышают нескольких сотен километ­ров.

При хороших условиях наблюдений, когда земная атмосфера спокойна и мало искажает изображение Сол­нца, видно, что излучение вспышки в спектральных ли­ниях (например, в линии На) состоит из отдельных яр­ких нитей или полосок, пересекающих линию поглоще­ния спектра излучения нижележащей фотосферы. Иног­да эти полоски смещены в коротковолновую («синюю») или длинноволновую («красную») сторону спектра от­носительно центра линии поглощения. Эти сдвиги из-за Доплер-эффекта свидетельствуют о движении отдель­ных элементов по лучу зрения. В некоторых случаях, особенно во взрывной фазе вспышки, излучение прости­рается в спектре на расстояния до 10—15 А в одну или в обе стороны от центра линии (как говорят, линия об­ладает широкими крыльями).

Часто на поверхности Солнца наблюдаются очень мелкие зерна, излучение которых сосредоточено в крыль­ях отдельных линий и не затрагивает центр линии. Это так называемые «усы». Нередко они появляются тесной кучкой, по нескольку штук, почти в одном и том же ме­сте. При наблюдениях активной области с На-фильтром они выглядят как светлые точки, если полоса пропуска­ния фильтра сдвинута несколько с (центра линии На. Иногда им сопутствует после их появления быстрый темный выброс, (похожий на небольшой возвратный выб­рос при вспышках. «Усы» особенно хорошо видны в ли­ниях водорода (рис. 5) и линиях ионизованного кальция Н и К, менее заметны они в линиях магния, в неко­торых линиях железа и кремния.

Излучение "усов" в линии водорода

Излучение “усов” в линии водорода

Обычно «усы» появляются на фоне очень тонкой светлой полоски непрерывного излучения, пронизываю­щей весь спектр. Например, они появляются в спектре излучения Солнца у границы небольших растущих пя­тен. Некоторые свойства «усов» подобны свойствам вспышек, и иногда «усы» являются как бы предвестни­ками вспышек. Во всяком случае они симптоматичны для высокой активности. Главное их отличие от вспы­шек в том, что их излучение начинает быть заметным на некотором расстоянии от центра линии, и по вели­чине этого расстояния можно заключить, что они воз­никают заметно глубже, чем вспышки.

Дело в том, что в «центре линии поглощения излу­чение выходит из более высоких слоев, так как свет, идущий из нижних слоев, поглощается. Мы уже гово­рили, что в центре линии На наружу выходит только свет хромосферы. В крыле линии поглощение уменьша­ется и свет выходит наружу из более глубоких слоев. В непрерывном спектре излучение выходит со всех глубин фотосферы.

Коротковолновое («синее») крыло линии излу­чения ярче и протяженнее длинноволнового («красно­го»), а вся линия в целом нередко сдвинута в сторону меньших длин волн над местом появления «усов». Асим­метрия и протяженность крыльев линий в спектре «усов» свидетельствует о том, что явление это сходно со взры­вом или выбросом струй в противоположных направле­ниях из ядер, расположенных на некоторой глубине в фотосфере Солнца. Скорость струи увеличивается с рас­стоянием от ядра. Излучение таких разлетающихся струй плазмы смещается из-за Доплер-эффекта и дает наблюдаемую в спектре «усов» картину.

Было замечено, что свечение вспышек в разных спектральных линиях достигает максимума в разные моменты. Так, во многих вспышках излучение в спект­ральных линиях, расположенных в далекой ультрафио­летовой области спектра (то данным, (полученным с по­мощью спутников), достигает максимума на несколько минут раньше, чем в линии На. В линиях же металлов (в видимой области спектра) максимум яркости насту­пает на несколько минут позднее, чем в линии На. В ли­ниях редкоземельных элементов максимум яркости за­паздывает на несколько минут относительно максимума в линиях металлов. На рис. 6 показано изменение линий излучения различных элементов во вспышке со време­нем.

Изменение со временем эквивалентных ширин линий во вспышке

Изменение со временем эквивалентных ширин линий во вспышке

Помимо такой временной последовательности свече­ния вспышки в линиях различных элементов при наблю­дениях некоторых лимбовых вспышек видно, что свече­ние вспышки в линиях водорода, гелия, кальция и в не­которых сильных линиях металлов соответствует высо­там 7000—12 000 км, в то время как в остальных, более слабых линиях, наблюдаемое свечение идет из районов с высотой около 2500 км над поверхностью фотосферы.

Расслоение свечения вспышки в (пространстве и вре­менная последовательность «возгорания» свечения в ли­ниях свидетельствует о существовании некоторого пере­носа энергии от самого «горячего» района, занимаемого вспышкой, где светятся водород и гелий, вниз к хромо­сфере и фотосфере. При этом возбуждается свечение многочисленных хромосферных линий, возникает как бы «ожог» нижележащих слоев. Если вспышка наблюдает­ся в проекции на диск Солнца, районы этих двух типов излучения накладываются на одно и то же место поверхности Солнца и мы не ви­дим различия в положе­нии излучения в отдель­ных линиях. «Ожог» про­является в некотором рас­ширении и «клочковато­сти» линий (поглощения в спектре излучения фото­сферы под вспышкой. Ме­ханизмом такого переноса энергии возбуждения хромосферы могут быть, например, направленные вниз ударные волны, воз­никающие в месте свече­ния водорода и гелия, или струи плазмы.

Изучение формы ли­ний излучения во вспыш­ках может дать сведения о механизме расширения линий. Знание этого механизма, в свою оче­редь, позволяет получить такие физические харак­теристики излучающей плазмы, как кинетиче­скую температуру Т кии и электронную плотность пе (число электронов в 1 см3), плотность плаз­мы (число атомов в 1 см3), степень ионизации (доля атомов, потерявших 1, 2 и более электронов от общего числа атомов данного элемента), а также ско­рость движения всей массы плазмы в целом.

Значения Ткин и пе обычно легко получаются из оценки расширения линии благодаря Штарк-эффекту. Интересно, что наблюдения спектров вспышек показы­вают в разных случаях различие механизмов расшире­ния линий. Так, для некоторых вспышек на диске полу­чено, что линии бальмеровской серии расширены Штарк-эффектом. Для таких вспышек получается пе=(3—5)•1013см-3, N2=1015—10см-2 (N2 — число атомов водо­рода, у которых электрон находится на втором энерге­тическом уровне, над 1 cм2), Т = 15 000° К. Таким обра­зом, получается, что область вспышки, излучающая в видимом спектре, в 100—1000 раз (плотнее окружающей хромосферы и несколько горячее ее (на 3—5 тыс. °К).

Наличие излучения вспышек во многих линиях баль­меровской серии позволяет найти отношение чисел ато­мов в различных состояниях возбуждения N2, N3, N4, …, т. е. число атомов с электронами на 2, 3, 4… уров­нях — так называемый бальмеровский декремент, и сравнить его с тем, который можно ожидать на осно­вании различных теоретических представлений. Как ока­залось, наблюдаемый декремент трудно объяснить без допущения, что возбуждение атомов в значительной ме­ре (особенно верхних уровней) производится электрон­ным ударом, т. е. соударениями атомов водорода с элек­тронами.

С другой стороны, в спектре некоторых вспышек, и в особенности лимбовых вспышек, не наблюдается рас­ширения линий излучения механизмом Штарк-эффекта. Линии излучения в спектрах таких вспышек расширены из-за Доплер-эффекта, возникающего из-за макроскопи­ческих хаотических движений. Для лимбовых вспышек получаются более низкие электронные плотности, поряд­ка 1011см-3. В некоторых случаях в течение одной вспышки на диске контуры линий водорода расширены Штарк-эффектом в моменты взрывной фазы и наблюда­ющегося иногда повторного максимума яркости и Доп­лер-эффектом — в периоды медленного угасания вспыш­ки.

Итак, линии в спектрах излучения вспышек могут быть расширены различными механизмами. Частично яс­ность в этот вопрос вносят лабораторные исследования спектров водородной плазмы, светящейся в мощном им­пульсном разряде. Дело в том, что спектр излучения сол­нечных вспышек показывает удивительное сходство со спектром высокотемпературной водородной плазмы в им­пульсном разряде большой мощности, так называемом лабораторном пинч-эффекте — самосжатии токового шнура. На рис. 7 приведены линии излучения водоро­да, полученные в лаборатории и наблюдаемые при вспышках. Лабораторные измерения показали, что при наблюдении излучения, идущего вдоль оси разряда, ли­нии водородного спектра расширены Доплер-эффектом, а при наблюдении поперек оси — Штарк-эффектом. Та­ким образом, механизм расширения линий может зави­сеть не только от фазы Вспышки, но и от угла, под ко­торым наблюдатель видит вспышку.

Водородные линии в спектре, полученном на лабораторной установке; Те же линии в спектре солнечной вспышки

Водородные линии в спектре, полученном на лабораторной установке; Те же линии в спектре солнечной вспышки

Интенсивность непрерывного излучения вспышек и «усов» в делом растет с переходом в коротковолновую сторону спектра. Такая зависимость не соответствует представлению о том, что непрерывное излучение вспыш­ки вызвано рекомбинацией ионов (т. е. захватом иона­ми электронов), при которой интенсивность должна воз­растать в «красную» сторону спектра. Рост интенсив­ности в «синюю» сторону спектра не противоречит пред­ставлению о том, что наблюдаемое непрерывное излу­чение является длинноволновым «хвостом» тормозного излучения (излучения электронов высокой энергии в магнитном поле), обусловливающего также рентгенов­ское излучение вспышек.