Журнал «Вокруг Света» №2 за 2003 год

Вопрос о том, насколько далеко в пространство уходит этот хвост и открыта или закрыта «магнитная бутылка» (замыкаются ли на ночной стороне геомагнитные силовые линии или происходит их перезамыкание с силовыми линиями межпланетного магнитного поля), долгое время оставался дискуссионным. Вообще же, идея магнитного перезамыкания для объяснения процессов, позволявших потоку частиц солнечного вещества втекать в магнитосферу, была выдвинута более 40 лет назад. Но лишь совсем недавно, используя космический аппарат WIND, исследователи смогли сделать редкие прямые наблюдения магнитного перезамыкания, которое позволяет магнитному полю Солнца, проводимому солнечным ветром, связываться с магнитным полем Земли, пропуская при этом плазму и энергию от Солнца в земное пространство, что вызывает полярные сияния и магнитные бури. Предыдущие исследования фиксировали в основном последствия перезамыкания – поток плазмы и энергии в направлении к Земле или от нее, в то время как сам процесс в действии был неуловим. А ведь перезамыкание – один из фундаментальных физических процессов во Вселенной. На Солнце он, по всей видимости, играет основополагающую роль в развитии солнечных вспышек и истечении корональных масс. И единственное место, где можно наблюдать этот процесс непосредственно, – это земная магнитосфера. Ее глобальную картину показал космический аппарат IMAGE, регистрировавший изменения солнечного ветра, а другой летательный аппарат – ACE – измеряет его интенсивность и предупреждает о времени усиления его порывов и «штормов», способных вызывать перегрузки в электрических сетях, нарушение спутниковой связи и представляющих потенциальную опасность для космонавтов.

Туда и обратно

Астрономы, наблюдающие за Солнцем, уже давно обратили внимание на петли плазмы, которые называются корональными петлями и являются проявлением сложной структуры магнитного поля короны, примерно так же, как железные опилки позволяют обнаружить невидимое магнитное поле, окружающее магнит.

Корональные петли бывают разной величины, но, как правило, они настолько велики, что могут охватить несколько планет величиной с Землю, и у них есть весьма загадочные свойства.

Ученые высказывали гипотезу, что корональные петли представляют собой трубки плазмы, пойманные и запертые в магнитных полях короны. Учитывая солнечную гравитацию, предполагалось, что у основания петли плазма должна быть плотнее, а на ее вершине разреженнее, аналогично тому, как земное притяжение делает атмосферу нашей планеты более плотной у поверхности и более разреженной на большой высоте. На самом деле плазма в корональных петлях, видимо, имеет почти одинаковую плотность по всей длине.

Видеофильмы, сделанные на основе новых наблюдений, переданных аппаратом TRACE, позволили астрономам увидеть яркие вкрапления плазмы, пробегающие по корональным петлям вверх и вниз. Данные, полученные с SOHO, подтвердили, что эти вкрапления двигаются с огромной скоростью, и позволили сделать вывод, что корональные петли – это не статические структуры, наполненные плазмой, а, скорее, ее свехскоростные потоки, которые «выстреливаются» с солнечной поверхности и «разбрызгиваются» между структурами в короне.

Если это так, то плазма по всей длине петли должна иметь примерно одинаковую плотность. Примерно в половине всех петель, обнаруженных аппаратом TRACE, видны эти потоки. В остальных случаях, как полагают ученые, они слишком слабые, чтобы их могли зафиксировать камеры TRACE, и потребуются новые, более совершенные, инструменты, способные обнаружить их присутствие.

По мнению исследователей, поток плазмы также может образовывать корональную петлю и из-за разности температур на основаниях петли, когда плазма мчится от более горячего конца петли к более прохладному. Пока непонятно, в чем причина нагревания корональных петель, но их исследование, возможно, поможет понять, почему корона Солнца в сотни раз горячее его поверхности.

Ловящие ветер

Первые образцы солнечного ветра доставили на Землю с Луны аппараты Apollo. Верный спутник нашей планеты, не имеющий ни атмосферы, ни магнитного поля и вследствие этого не способный защитить себя от солнечного ветра, оказался очень подходящим местом для сбора его образцов. В направлении Солнца экипажами Apollo были развернуты на шесте листы алюминиевой фольги. Они экспонировались на Солнце, поглощая частицы солнечного ветра. Полученные в ходе эксперимента образцы были доставлены на Землю для точного лабораторного анализа. Так впервые произошло прямое определение состава солнечного вещества. После получения точных отношений числа атомов водорода к числу атомов гелия выяснилось, что и солнечный ветер, и солнечная корона имеют дефицит гелия по сравнению с его обилием в космическом пространстве. Были также измерены изотопы легких благородных газов, таких как гелий, неон и аргон. А в конце 60-х годов прошлого столетия спутник Vela обнаружил в солнечном ветре кислород, углерод, неон, кремний и железо.