Теорія спалахів
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.
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.
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
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:
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.
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.