Магнітне поле Сонця

37

Зміст

1. Вступ

2. Характеристики магнітного та рух частинок у ньому

2.1 Поняття електромагнітного поля та магнітної сили

2.2 Рівномірний рух частинок у нерелятивіський та релятивіський теорії

2.3 Фізично цікаві розв`язки рівнянь руху

3. Магнітні поля зір і планет

3.1 Експериментальні факти про поля та гіпотези стосовно джерел

3.2 Математичний опис магнітних полів планет

3.3 Магнітне поле Сонця

4. Потоки частинок від Сонця і вплив магнітного поля на них

4.1 Походження сонячного вітру

4.2 Опис руху частинок

4.3 Результати комп`ютерного моделювання

Висновок

Список літератури

1. Вступ

Сонце - рядова зірка. Його потік випромінювання у видимій області (інтегральний потік) з точністю до часток відсотка є постійним. Однак з переходом в ультрафіолетову і рентгенівську області спектра потік сонячного випромінювання міняється з циклом активності від десятків відсотків в ультрафіолеті до 3 - 7 порядків у рентгені. Не залишається постійною й інтенсивність корпускулярних потоків: густина плазми і швидкість її вищі в роки максимуму активності, зростає інтенсивність сонячних космічних променів. Змінність випромінювання, що спостерігається, визначається структурою і динамікою сонячних магнітних полів і нестаціонарними процесами, що протікають у них, (спалахами, "вусами", яскравими рентгенівськими точками, викидами плазми й ін.).

Удосконалення техніки спостережень і методів досліджень розширює наше розуміння процесів, що приводять до концентрації магнітного поля на поверхні Сонця й утворення активних областей. Процеси еволюції активних областей, як правило, протікають непередбачено: одні магнітні структури міняються дуже швидко, а інші - протягом тривалого часу залишаються практично незмінними. Особливо стійкими є одиночні плями. Саме в тіні одиночних плям рух плазми і зв'язок рухів плазми з магнітним полем потребують детального аналізу.

Актуальність роботи полягає в тому, що різноманітність впливу Сонця на Землю і навколоземний простір пов'язана з нестаціонарними процесами, джерелом енергії яких є енергія магнітного поля струмів, що течуть в атмосфері Сонця. Вивчення сонячного магнетизму сприяє розвитку багатьох важливих областей знань. Тому вивчення структури і динаміки магнітного поля і електричних струмів, а також фізичних процесів у нестаціонарних явищах має не тільки наукове, але і велике прикладне значення.

Розуміння природи сонячної активності потребує всебічного вивчення фізичних процесів в активних областях Сонця. Дослідження структури магнітного поля і руху плазми дозволяють з'ясувати динаміку і енергетику сонячних активних областей і, в остаточному підсумку, наблизитися до розуміння причин сонячної активності. Це, у свою чергу, дасть можливість прогнозувати сонячну активність і її земні прояви.

Основними носіями магнітного поля є плями. З розвитком магнітної гідродинаміки і нашого розуміння сонячної активності більш важливою стає значимість з'ясування причин стійкості і розпаду плям. Дослідження структури магнітного поля і рухів плазми в самих плямах, безсумнівно, сприяє розумінню цих обставин.

Метою роботи є визначення структури магнітного поля в активних областях і в тіні ізольованих плям.

Для досягнення мети необхідно:

1. Розробити метод аналізу даних одночасних спостережень повздовжнього магнітного поля у фотосфері і хромосфері активних областей і установити характер структури магнітного поля у хромосфері активних областей.

2. З'ясувати вплив структури магнітного поля плям у фотосфері на його зміну з висотою.

3. Визначити структуру магнітного поля у фотосфері у тіні одиночних плям на основі всіх трьох складових вектора магнітного поля.

Предметом роботи є дослідження магнітного поля та вивчення руху частинок у нерелятивіський та релятивіський теорії.

Об'єктом дослідження є магнітне поле Сонця.

2. Характеристики магнітного та рух частинок у ньому

2.1 Поняття електромагнітного поля та магнітної сили

Магнітне поле є особливою формою матерії, за допомогою якої здійснюється взаємодія між рухомими зарядженими частками або тілами, що володіють магнітним моментом. Термін «магнітне поле» в 1845г. ввів М. Фарадей.

Експериментальним доказом реальності магнітного і електричного полів є факт існування електромагнітних хвиль. Магнітне поле, як і електричне, є приватним проявом єдиного електромагнітного поля.

Характерною відмітною особливістю електричного поля є здатність діяти на нерухомі заряди.

Головна властивість магнітного поля полягає в тому, що воно діє на рухомі заряди (електричний струм).

Нерухомі заряди не створюють магнітного поля. Лише рухомі заряди (електричний струм) і постійні магніти створюють магнітне поле.

При вивченні взаємодії постійних магнітів було встановлено: постійні магніти мають два полюси: північний і південний; однойменні полюси відштовхуються один від одного, а різнойменні притягуються.

Це наводило на думку про існування «магнітних зарядів» в природі. Якби магнітні заряди існували в природі, то їх можна було б розділити подібно до електричних, тобто отримати постійний магніт лише з одним полюсом. Проте якщо розділити магніт на дві половини, то кожна частина знову матиме два полюси. Процес ділення можна продовжувати скільки завгодно, і кожен отриманий маленький шматочок магніту буде магнітом з двома полюсами. Пізніше було доведено, що навіть електрони, протони, нейтрони поводяться подібно до крихітних магнітів.

Якщо окремі тіла можна зарядити позитивно або негативно, оскільки існує елементарний електричний заряд, то ніколи не можна відокремити північний полюс магніту від південного. Таким чином, немає підстав вважати, що в природі існують окремі магнітні заряди.

Ця думка була висловлена Ампером в гіпотезі про елементарні електричні струми. Згідно гіпотезі Ампера, усередині атомів і молекул речовини циркулюють елементарні електричні струми. Якщо ці струми розташовані хаотично по відношенню один до одного, то їх дія взаємно компенсується і жодними магнітними властивостями тіло не володіє. У намагніченому стані (наприклад, в постійних магнітах) елементарні струми орієнтовані певним чином. Отже, магнітні властивості будь-якого тіла пояснюються замкнутими електричними струмами усередині нього, тобто магнітна взаємодія - це взаємодія струмів.

Результати дослідів Ампера і подальших багаточисельних досліджень можна сформулювати таким чином. Здатність магнітного поля викликати появу механічної сили, що діє на який-небудь елемент струму, можна кількісно описати, задаючи в кожній точці поля деякий вектор В. Вектор В називається магнітною індукцією і є основною характеристикою магнітного поля.

Сила Ампера. На провідник із струмом, що знаходиться в магнітному полі, діє сила, рівна

F = I·L·B·sin(a) (1)

де I - сила струму в провіднику;

B - модуль вектора індукції магнітного поля;

L - довжина провідника, що знаходиться в магнітному полі;

a - кут між вектором магнітного поля і провідником.

Сила, що діє на провідник із струмом в магнітному полі, називають силою Ампера.



Мал. 1. Сила Ампера

Напрям сили Ампера визначається за правилом лівої руки (див. рис.1):

чотири пальці по струму;

перпендикулярна провідникові складова вектора індукції У входить в долоню;

відігнутий великий палець дає напрям F.

Подібно до того, як електричні поля графічно зображаються за допомогою електричних силових ліній, магнітні поля зображаються за допомогою ліній магнітної індукції (або магнітних силових ліній).

Лінії магнітної індукції - це лінії, дотичні до яких в даній крапці збігаються по напряму з вектором У в цій крапці. Лінії магнітної індукції можна зробити «видимими» за допомогою залізної тирси. Якщо на скляну пластинку, через яку пропущений прямий провідник із струмом, насипати залізної тирси і злегка постукати по пластинці, то залізна тирса розташується уздовж силових ліній.

З дослідів виходить, що лінії магнітної індукції прямого провідника із струмом представляють концентричні кола, лежачі в площині, перпендикулярній струму. Центр цих кіл знаходиться на осі провідника. За допомогою залізної тирси можна отримати зображення ліній магнітної індукції провідників із струмом будь-якої форми. Лінії магнітної індукції завжди замкнуті і охоплюють провідники із струмами. Це відрізняє їх від ліній напруженості електростатичного поля. Такі поля називають вихровими на відміну від потенційних, прикладом яких є електростатичне поле.

Напрям ліній магнітній індукції пов'язаний з напрямом струму в провіднику. Напрям силових ліній магнітного поля, що створюється провідником із струмом, визначається за правилом буравчика (якщо правовинтовой буравчик угвинчувати по напряму струму, то напрям обертання рукоятки буравчика збіжиться м напрямом ліній магнітній індукції).

Одним з проявів магнітного поля є його силова дія на рухомі електричні заряди і провідники із струмом. У 1820г. А. Ампером був встановлений закон, що визначає силу, що діє на елемент струму в магнітному полі. Оскільки створити відособлений елемент не можна, то Ампер вивчав поведінку рухливих дротяних замкнутих контурів різної форми. Їм було встановлено, що на провідник із струмом поміщений в однорідне магнітне поле індукції В, діє сила, пропорційна довжині відрізання провідника L, силе струму I, що протікає по провідникові, і індукції магнітного поля В. Впоследствії цей вивід отримав назву закону Ампера. Використовуючи закон Ампера, можна обчислити силу, що діє на провідник із струмом в магнітному полі.

Рухомі електричні заряди створюють довкола себе магнітні поля, які поширюються у вакуумі із швидкістю світла с. Якщо ж заряд рухається в зовнішньому магнітному полі, то відбувається силова взаємодія магнітних полів, визначувана за законом Ампера. Процес взаємодії магнітних полів досліджувався Лоренцем, який вивів формулу для розрахунку сили такою, що діє з боку магнітного поля на рухому заряджену частку. Дана сила отримала назву сили Лоренца.

Оскільки електричний струм є впорядкованим рухом зарядів, та дія магнітного поля на провідник із струмом є результат його дії на окремі рухомі заряди.

Силу, що діє з боку магнітного поля на рухомі в нім заряди, називають силою Лоренца.

Із закону Ампера (1) виходить, що сила Лоренца визначається співвідношенням:

Fл = q·V·B·sin

де q - величина рухомого заряду;

V - модуль його швидкості;

B - модуль вектора індукції магнітного поля;

- кут між вектором швидкості заряду і вектором магнітної індукції.

2.2 Рівномірний рух частинок у нерелятивіський та релятивіський теорії

Покажемо, що будь-яка заряджена частинка в процесі руху утворює у навколишньому просторі магнітне поле.

Скористаємось законом Біо - Савара - Лапласа для елементу струму:

, (1.1)

де - магнітна проникність середовища (для не феромагнетиків наближено дорівнює одиниці); о - магнітна стала; I - струм у провіднику; - елемент провідника; - відстань від елементу струму, до точки знаходження індукції магнітного поля; - кут між елементом провідника і радіусом-вектором .

Струм I у провіднику виразимо через густину струму j переріз S, а саме

. (1.2)

Густину струму виразимо із електронної теорії

, (1.3)

де n - концентрація вільних носіїв струму в провіднику; qo - елементарний заряд; - середня швидкість направленого руху носіїв струму в провіднику.

Підставимо (1.2) і (1.3) у (1.1), одержимо

. (1.4)

Напрям вектора збігається з напрямком , тому

.

Замінимо у співвідношенні (1.4) Sdl на dV і ndV на dN, одержимо

, (1.5)

де dB - індукція магнітного поля, яка створюється dN зарядами на відстані r від елемента струму, у якому рухаються ці заряди.

Магнітне поле одного рухомого заряду легко розрахувати, поділивши ліву і праву частини (1.5) на dN:

, (1.6)

де B0 - магнітне поле одного рухомого заряду (рис. 2.1); qo - величина цього заряду; - середня швидкість направленого руху заряду.

Рис. 1.2 Індукція магнітного поля

На рис.1.2 індукція магнітного поля одного заряду є дотичною до силової лінії, яка має напрям обертання правого гвинта.

У векторній формі індукція магнітного поля рухомого заряду записується так

. (1.7)

Оскільки рухомий електричний заряд в навколишньому просторі створює магнітне поле, то з сторони зовнішнього поля на цей заряд має діяти магнітна сила. Цю силу називають силою Лоренца.

Величину сили Лоренца визначимо, скориставшись силою Ампера

, (1.8)

де - сила, з якою зовнішнє магнітне поле діє на елемент провідника із струмом .

Замінюємо струм I на густину струму в провіднику j і його значення з електронної теорії

,

де n - концентрація носіїв струму в провіднику; q0 - елементарний позитивний заряд; - середня швидкість направленого руху носіїв струму; S - переріз провідника.

У цьому випадку сила Ампера буде дорівнювати

, (1.9)

де - сила, з якою зовнішнє магнітне поле діє на магнітні поля всіх рухомих електричних зарядів, які є у виділеному елементі dl провідника.

Оцінимо число рухомих електричних зарядів у елементі струму Idl, яке в нашому випадку дорівнює

nSdl = dN.

Поділимо (1.9) на указане число електричних зарядів dN й одержимо

, (1.10)

де - сила Лоренца - сила з якою зовнішнє магнітне поле діє на магнітне поле окремого електричного заряду; qo - величина елементарного заряду; - середня швидкість направленого руху носіїв струму; B - індукція зовнішнього магнітного поля.

У векторній формі сила Лоренца записується так:

. (1.11)

Напрям вектора сили Лоренца визначається правилом лівої руки, аналогічно правилу лівої руки для напрямку сили Ампера.

При дії на рухому заряджену частинку електромагнітного поля сила Лоренца буде складатися із двох складників, електричної сили qE і магнітної сили , тобто

. (1.12)

Формула (1.12) є найбільш загальним виразом сили Лоренцо для малих швидкостей руху заряду.

Розглянемо рух зарядженої частинки в зовнішньому магнітному полі.

а) нехай заряджена частинка влітає перпендикулярно до напрямку силових ліній зовнішнього магнітного поля (рис.1.3).



Рис.1.3 Заряджена частинка влітає перпендикулярно до напрямку силових ліній зовнішнього магнітного поля

Сила Лоренца в цьому випадку виконує роль доцентрової сили, під дією якої заряджена частинка буде рухатися по коловій траєкторії. Рівняння руху зарядженої частинки запишеться

, (1.13)

де ; m - маса частинки.

Визначимо радіус траєкторії обертання, а також період обертання, вважаючи, що

, і .

У цьому випадку радіус кривизни траєкторії й період обертання заряду будуть дорівнювати

; , (1.14)

де R - радіус кривизни траєкторії; m - маса частинки; - лінійна швидкість обертання; qo - елементарний позитивний заряд; B - індукція магнітного поля.

б) у випадку руху зарядженої частинки паралельного напрямку силових ліній зовнішнього магнітного поля (рис.1.4) будемо мати.

Рис. 1.4 Рух зарядженої частинки паралельного напрямку силових ліній зовнішнього магнітного поля

Сила Лоренца в цьому випадку буде дорівнювати нулю, оскільки кут між векторами і дорівнює нулю. Зовнішнє магнітне поле не буде діяти на магнітне поле рухомої зарядженої частинки, якщо вона рухається паралельно силовим лініям зовнішнього магнітного поля.

в) якщо заряджена частинка попадає у зовнішнє магнітне поле під деяким кутом до напрямку силових ліній поля, то вона буде рухатись уздовж гвинтової траєкторії, як це показано на (рис.1.5).

Рис.12.4 Попадання зарядженої частинки у зовнішнє магнітне поле

З рисунка видно, що

. (1.15)

Рівняння руху по коловій траєкторії буде мати вигляд

, (1.16)

де ; R - радіус колової траєкторії.

Крок гвинтової лінії h, або шлях, який проходить заряджена частинка за один повний оберт у горизонтальному напрямі, можна розрахувати так:

, де . (1.17)

Період обертання визначають із рівняння руху (1.16), шляхом заміни лінійної швидкості на кутову, яку в свою чергу виражають через період обертання

.

2.3 Фізично цікаві розв`язки рівнянь руху

Рух класичної безспінової частини в електромагнітному колі описується системою звичайних диференціальних рівнянь (Лоренца) та системою диференціальних рівнянь (Максвелла) в частинних похідних вигляду [1]

-- власний час, А -- потенціал електромагнітного поля. Деякі точні розв'язки системи (1), (2) знайдено в [2].

В даній роботі, використовуючи симетрійні властивості системи (1), (2), отримано нові класи точних розв'язків системи Лоренца-Максвелла.

1. Задамо електромагнітний потенціал наступними формулами

де -- довільні досить гладкі функції, залежні лише від однієї змінної Лагранжіан Ь рівняння (1)

для поля (4) інваріантний відносно тривимірної алгебри Лі з базисними елементами

З теореми випливає, що інтегралами руху рівняння

37

де Сі, С2, С3 -- довільні постійні.

(1) для поля (4) є функції

Безпосередньою перевіркою можна переконатися, що розв'язками системи (9) є функції



37

Оскільки вектор задовольняє u співвідношення (3), то на функції необхідно накласти додатково умову

Підставивши вираз (10) в (11), одержимо співвідношення на постійні ai

Для побудови розв'язків рівняння (1), (4) робимо

Розв'язки рівнянь (14) знаходимо квадратурами



де С0, С4, С5, С6 -- постійні інтегрування.

Тоді рівняння руху частинки має вигляд

Таким чином, точні розв'язки системи рівнянь (1), (2) задаються формулами (4), (10), (12), (15).

2. Для побудови другого класу точних розв'язків рівнянь (1), (2) задамо електромагнітний потенціал наступними формулами:

При такому виборі електромагнітного потенціалу лагранжіан (5) інваріантний відносно алгебри і тому рівняння (1) мають три інтеграли руху

37

37

щоб рівняння (17) та (18) були сумісні, необхідно і достатньо, щоб задовольняли рівняння

Загальними розв'язками рівнянь (20) є функції

Співвідношення нормування 4-швидкості (3) накладає на функції А2 умову

де a1, b2-- довільні постійні.

Для того, щоб виконувалось рівняння (19), постійні умови повинні задовольняти

В криволінійній системі координат

рівняння руху частини, враховуючи формулу (18), набувають вигляду

Розв'язки рівнянь (22) знаходимо у квадратурах



Таким чином, точні розв'язки системи рівнянь задаються формулами (16), (21), (22), (24).

3. Магнітні поля зір і планет

3.1 Експериментальні факти про поля та гіпотези стосовно джерел

Магнітними полями володіють не всі космічні об'єкти. Протяжними магнітосферами володіють Сонце, Земля, Юпітер і Сатурн. Магнітосфери Меркурія, Венери, Марса яскраво не виражені. А як йде справа на дальших об'єктах?

Розібратися в цьому складно, адже за допомогою телескопів магнітне поле далеких зірок і планет не вимірити. Каталог планет за межами Сонячної системи постійно поповнюється, і зараз в нім більше двохсот об'єктів.

Більш того, виявлення таких планет стало майже рутинною справою, хоча виникає маса питань. Наприклад, чому деякі з цих гігантських планет під назвою «гарячі юпітери» літають по такій близькій до свого сонця орбіті?

Астрофізики підозрюють, що магнітне поле грає ключову роль в цих питаннях, хоча до цих пір лише непрямі свідоцтва вказували на те, що в зірок з гігантськими планетами є магнітні поля.

Спектрополяріметр, встановлений на гавайському телескопі Мауна Ки, допоміг міжнародній групі дослідників виявити в Тау Бутіс магнітне поле.

Ета холодна і малоактивна зірка знаходиться на відстані в 50 світлових років від Землі, якій мільярд років, з масою, в півтора рази більше маси Сонця. Довкола неї по дуже близькій орбіті обертається гігантська планета в 4,4 разу важче за Юпітер.

Зірка створює магнітне поле в декілька гаусів, ледве менше, ніж в Сонця, але із складнішою структурою, вважають французькі астрономи. Поверхня зірки Тау Бутіс на екваторі обертається на 18 відсотків швидше, ніж на полюсах, роблячи повний оберт за 15 днів.

Порівнюючи диференціальне обертання зірки з еволюцією гігантської планети, астрономи відмітили, що планета пов'язана з речовиною зірки, розташованою під певним кутом.

Тобто між магнітосферою зірки і її планетою існують складні взаємодії, як в магнітосфери Юпітера і його супутника Іо.

Тепер точно відомо, що магнітне поле мають не лише зірки (і Сонце), але і планети (зокрема, Земля).

Розгадка цього явища знаходиться у фізиці атома: при утворенні небесного тіла (зірки або планети) усередині нього в результаті гравітації виникають тиски, які долають електричне відштовхування електронів на зовнішніх шарах атомів і іонів і придавлюють їх так близько один до одного, що вони починають брати участь в компенсації заряду сусідніх ядер. Відбувається перерозподіл зарядів: частина електронів, що стали непотрібними у складі електронних оболонок, спливають на поверхню тіла і беруть участь тепер в компенсації загального позитивного заряду внутрішній його області. Там вони захоплюються в рух тілом (зіркою, планетою), що обертається, і диференціюються за швидкостями за допомогою сил Ампера в окремі поясові потоки

На Юпітері і Сатурні потужні шари атмосфер досягають їх електронних оболонок, внаслідок чого вони забарвлюються і спостерігається незвичайне і, на перший погляд, нез'ясовне явище, коли на різних поясах рух верхніх шарів атмосфер відбувається з різними швидкостями, причому існують чіткі кордони швидкостей.

Існування електронних оболонок біля масивних космічних тіл (у тому числі, і в Землі) наводить до декількох фундаментальних наслідків, які підтверджуються наглядовою астрономією, і грають ключову роль в розвитку зірок і планетних систем. У чому вони полягають?

По-перше, рухомі електронні оболонки космічних тіл створюють магнітне поле, але зовсім не те що «вморожує» вертикально направлене, про яке писали Альвен, Хойл, Шацман і Су Шу-хуанг. Це поле, направлене від одного полюса зірки або планети до іншого, створює ідеальну магнітну пастку для плазми, про яку мріють наші термоядерники. Воно здавлює плазму зірки і не дає їй розлітатися під дією температур і конвективних потоків. Існування магнітних полів біля планет можна пояснити лише присутністю на них електронних оболонок.

По-друге, існування поясного розділення електронної оболонки за швидкостями передбачає появу на кордонах поясів ослабіння тяжіння електронів і як наслідок - виникнення нестійкості потоків і їх турбулентності. Максимальна різниця швидкостей (а значить і турбулентність) - в потоків, які знаходяться поблизу екватора. Саме там виникають найбільші вихори. Вихор з електронів - електромагніт, силові лінії якого направлені по осі вихору, тобто перпендикулярно поверхні зірки або планети. На Сонці - це так звані темні плями, а на Юпітері - червона пляма. І це якраз те направлене магнітне поле, що «вморожує» вертикально, про яке писали Альвен, Хойл і інші дослідники.

Електронний вихор своїм магнітним полем створює отвір (діру) в магнітній пастці зірки, і в цей отвір спрямовуються потоки речовини, що отримали швидкість або за рахунок температури, або за рахунок конвективних потоків.

3.2 Математичний опис магнітних полів планет

Наявність або відсутність магнітного поля пов'язують з будовою планет, на всіх планетах земної групи є власне магнітне поле. Найсильнішими магнітними полями володіють планети гіганти і Земля. Часто джерелом дипольного магнітного поля планети вважають її розплавлене струмопровідне ядро. У Венери і Землі близькі розміри, середня щільність і навіть внутрішня будова, проте, Земля має досить сильне магнітне поле, а Венера -- ні (магнітний момент Венери не перевищує 5 - 10 % магнітного поля Землі). По одній з сучасних теорій напруженість дипольного магнітного поля залежить від прецесії полярної осі і кутової швидкості обертання. Саме ці параметри на Венері нікчемно малі, але виміри вказують на ще нижчу напруженість, ніж передбачає теорія. Сучасні припущення з приводу слабкого магнітного поля Венери полягають в тому, що в імовірно залізному ядрі Венери відсутні конвективні потоки.

3.3 Магнітне поле Сонця

Магнітні поля присутні, мабуть, на всіх зірках. Вперше магнітне поле було виявлене на найближчій до нас зірці - Сонце - в 1908 р. американським астрономом Дж. Хейлом, що виміряв Зееманівське розщеплювання спектральних ліній в сонячних плямах. Згідно сучасним вимірам, максимальна напруженість магнітного поля плям 4000 Е. Поле в плямах є прояв загального азимутного магнітного поля Сонця, силові лінії якого мають різний напрям в Північній і Південній півкулях Сонця. У 1953 р. американський астроном X.У. Бебкок відкрив значно слабкішу дипольну складову сонячного магнітного поля (~1 Э) з магнітним моментом, орієнтованим уздовж осі обертання Сонця. У 70-х рр. 20 ст удалося виявити приблизно таку ж слабку по напруженості неосесиметричну великомасштабну складову сонячного магнітного поля. Вона виявилася пов'язаною з міжпланетним магнітним полем, що має різні напрями радіальних складових в різних просторів. секторах, що відповідає на Сонці квадруполю, вісь якого лежить в площині сонячного екватора (мал. 3.1). Спостерігалася також і двохсекторна структура, відповідна диполю. В цілому великомасштабне магнітне поле Сонця виглядає досить складним. Ще складніша структура поля виявлена в малих масштабах. Спостереження вказують на Існування дрібномасштабних голкоподібних полів з напруженістю до 2000 Е. Мелкомасштабні магнітні поля пов'язані також з конвективними вічками, спостережуваними на поверхні Сонця.



Мал. 3.1 Дипольна осесиметрична складова великомасштабного магнітного поля Сонця. Найбільш виражена в полюсів.

Магнітне поле Сонця не залишається незмінним. Осесиметричне великомасштабне поле квазипериодично змінюється з періодом приблизно 22 роки. При цьому кожні 11 років відбуваються звернення дипольної складової і зміна напряму азимутного поля. Неосесиметрична секторна складова поля змінюється приблизно з періодом звернення Сонця довкола своєї осі. Дрібномасштабні магнітні поля змінюються нерегулярний, хаотично.

Магнітне поле неістотне для рівноваги Сонця; рівноважний стан визначається балансом сил тяжіння і градієнта тиску. Зате всі прояви сонячної активності пов'язані з магнітними полями (сонячні плями, спалахи на Сонце, протуберанці). Магнітне поле грає визначальну роль в створенні сонячної хромосфери і в нагріві (до мільйонів градусів) сонячної корони. Спостереження, виконані на космічній станції "Ськайлеб" (США, 1973-1974 рр.), показали, що висвічувана в УФ- і рентгенівських діапазонах енергія виділяється в багаточисельних локалізованих областях, що ототожнюються з петлями магнітних поля. З іншого боку, області, в яких випромінювання значно ослаблене, ототожнюються з відкритими в зовнішній простір конфігураціями магнітних силових ліній. Вважається, що в цих областях беруть початок швидкі потоки сонячного вітру.



Мал. 3.2 Радіальна складова великомасштабного магнітного поля Сонця, побудована по що спостерігався в період 1976-1977 гг. Л. Свалгардом і Дж. Уїлкоксом (США) лучевому компоненту поля.

Всі зірки, окрім Сонця, настільки віддалені від нас, що сприймаються як точкові об'єкти. Тому безпосередньо спостереження далеких зірок дозволяють визначити напруженість магнітного поля, усереднену по поверхні зірки, і мало що говорять про конфігурацію (геометрія) поля. Відносна мала кількість світла, що приймається від видалених зірок, дозволяє реєструвати за допомогою ефекту Зееману лише досить сильні магнітні поля. В такий спосіб удалося виявити особливу групу зірок з сильними (до Є) полями - магнітні зірки. Кількість зірок, в яких магнітне поле зареєстроване прямим Зееманівським методом, невелике (декілька сотень).

Існування магнітних полів в інших зірок удається довести непрямими методами. В зірок головної послідовності виявлені хромосфери. В більш ніж десяти таких зірок удалося прослідити зоряний цикл (аналогічний сонячному циклу), спостерігаючи зміни інтенсивності ліній хромосфер Са. Відкриті і вивчені зірки (типа BY Draconis), поверхня яких покривається плямами на 20-30%. В Сонця плями покривають не більше 2% поверхні. Рентгенівські спостереження, виконані із станції НЕАО-2 (1980 р., США), дозволили виявити гарячі корони у великої кількості зірок різних спектральних класів, від найгарячіших 0- і в-зірок до холодних карликів класів До, М. Оскільки на Сонці всі подібні явища пов'язані з наявністю магнітного поля, ці факти можна розглядати як свідоцтво присутності магнітних полів на інших зірках. Напруженість і геометрію полів, зрозуміло, можна оцінювати лише побічно. Втім, відома зірка Воо (G 8), в якої разом з перерахованими вище непрямими свідоцтвами поле (Є) зареєстроване і прямо по ефекту Зееману. Це переконує в правильності загального виводу про магнетизм зірок.

Дуже сильні магнітні поля є в ряду зірок, що знаходяться в завершальній стадії еволюції. У деяких білих карликів, як показують спостереження кругової поляризації їх безперервного випромінювання, напруженість поля досягає 106-108 Е. Ще сильніші магнітні поля пов'язані з миттевовращаючимися нейтронними зорями - пульсарами. Джерелом енергії пульсара служить обертання нейтронної зорі. Магнітне поле є передавальною ланкою, що трансформує енергію обертання зірки в енергію часток і випромінювання. Згідно оцінкам, для пояснення спостережуваних ефектів напруженість поля на поверхні зірки повинна досягати ~ 1012 Є.

Дуже сильні магнітні поля удалося виявити також в нейтронних зорь, що входять до складу подвійних зоряних систем. Прикладом може служити нейтронна зоря, що виявляється у вигляді рентгенівського пульсара в подвійній системі. Іонізованний газ з нормальної зірки падає на нейтронну зорю. Магнітне поле нейтронної зорі гальмує газ поблизу поверхні, на якій порівнюються газовий і магнітний тиски, і направляє його в область магнітних полюсів зірки, де газ випромінює. Спостереженням задовольняють моделі з сильним (1010-1013 Э) полем. Залежно від величини магнітного поля, потоку газу і параметрів системи, витікаюче рентгенівське випромінювання набуває певної спрямованості і поляризації. Дослідження діаграми спрямованості і поляризації дозволять зробити виводи про величину і геометрію магнітного поля зірки. Для прямого дослідження цих полів використовують спектральній лінії (гіролинії), обумовлені випромінюванням електронів в магнітному полі. Гиролінія виявлена, наприклад, в рентгенівському спектрі пульсара Her X-1 [магнітне поле Є]. Інтерпретація гиролинії в спектрах джерел гамма-сплесків, дозволила довести, що джерелами сплесків є нейтронні зорі з напруженістю магнітного поля Є.

Як показав В.Л. Гинзбург, незаряджена чорна діра не повинна володіти магнітним полем. При колапсі зірки її магнітний дипольний момент і моменти вищого порядку асімптотика зникають. Проте магнітні поля, мабуть, грають істотну роль в процесах, що відбуваються в околицях чорних дір. Зокрема, згідно існуючим теоріям, в подвійних зоряних системах, одним з компонентів яких є чорна діра, за допомогою магнітного поля може здійснюватися перенесення кутового моменту газу, падаючого на чорну діру, і тим самим формування диска, випромінюючого в рентгенівському діапазоні.

Зірки утворюються з міжзоряного газу, пронизаного магнітним полем. Просте вирішення проблеми (еволюційний підхід), що полягає в тому, що спостережувані поля зірок є продуктом стискування вихідного поля, виявляється недостатнім. Адіабатичне стискування газу, що не супроводиться втратою магнітного потоку, привело б до дуже сильних полів, оскільки щільність звичайної зірки типа Сонця більше щільності міжзоряного середовища приблизно у 1024 раз. Коефіцієнт адіабатичного посилення поля при цьому дорівнює 1016, тобто міжзоряне поле ~ 10-6 Є перетворилося б на поле з напруженістю 1010 Є, що противоречить спостереженням. Еволюційний підхід до походження магнітного поля, мабуть, справедливий лише для деяких типів зірок (магнітних зірок, пульсарів, можливо, для білих карликів). У більшості зірок поле зникає і відновлюється за часи, короткі в порівнянні з характерними часом еволюції зірок. Такі швидкі зміни неможливо пояснити омічною дисипацією (загасанням джоуля) або еволюційними змінами. Вони відбуваються в результаті перетворення магнітних полів під дією рухів добре провідної речовини зірок. Найбільш ефективне поле змінюють неоднорідне обертання і конвективні рухи.

4. Потоки частинок від Сонця і вплив магнітного поля на них

4.1 Походження сонячного вітру

Ріс.4.1. Виникнення ударних хвиль при зіткненні сонячного вітру з міжзоряним середовищем.

Сонячний вітер -- потік іонізованих часток (в основному геліево-водородної плазми), що витікає з сонячної корони із швидкістю 300-1200 км/с в довколишній космічний простір.

Безліч природних явищ пов'язана з сонячним вітром, у тому числі магнітні бурі, полярні сяйва і різна форма кометних хвостів, завжди направлених від Сонця.

Відносно інших зірок вживається термін зоряний вітер, так що по відношенню до сонячного вітру можна сказати «зоряний вітер Сонця».

Історія

Ймовірно, що першим передбачив існування сонячного вітру норвезький дослідник Крістіан Біркланд (норв. Kristian Birkeland) в 1916 р. "З фізичної точки зору найймовірніше, що сонячні промені не є ні позитивними ні негативними, але і тими і іншими разом". Іншими словами, сонячний вітер складається з негативних електронів і позитивних іонів.

Три роки після, в 1919 Фрідерік Ліндеманн (англ. Frederick Alexander Lindemann) також передбачив, що частки обох зарядів, протони і електрони, приходять від Сонця.

У 30-х роках учені визначили, що температура сонячної корони повинна досягати мільйона градусів, оскільки корона залишається досить яскравою при великому видаленні від Сонця, що добре видно під час сонячних затемнень. Пізніше спектроскопічні спостереження підтвердили цей вивід. В середині 50-х британський математик і астроном Сидні Чепмен (англ. Sydney Chapman) визначив властивості газів при таких температурах. Виявилось, що газ стає прекрасним провідником тепла і повинен розсіювати його в простір за межі орбіти Землі. В той же час німецький вчений Людвіг Бірманн (йому. Ludwig Franz Benedikt Biermann) зацікавився тим фактом, що хвости комет завжди направлені геть від Сонця. Бірманн постулював, що Сонце випускає постійний потік часток, які створюють тиск на газ, що оточує комету, утворюючи довгий хвіст.

Юджін Паркер (англ. Eugene N. Parker) усвідомив, що гаряча течія від Сонця в чепменовської моделі і потік часток, що здуває кометні хвости в гіпотезі Бірманна, - це два прояви одного і того ж явища, яке він назвав «сонячним вітром». Паркер показав, що навіть не дивлячись на те, що сонячна корона сильно притягується Сонцем, вона настільки добре проводить тепло, що залишається гарячішим на великій відстані. Оскільки з відстанню від Сонця його тяжіння слабшає, з верхньої корони починається надзвукове виділення речовини в міжпланетний простір. Більш того, Паркер був першим, хто вказав, що ефект ослабіння гравітації має той же вплив на гідродинамічну течію, що і сопло Лаваля: воно виробляє перехід течії з дозвукової в надзвукову фазу.

Теорія Паркера була піддана жорсткій критиці. Стаття, послана в 1958 Astrophysical Journal була забракована двома рецензентами і лише завдяки редакторові, Субраманьяну Чандрасекару попала на сторінки журналу.

У січні 1959 перших прямих вимірів характеристик сонячного вітру були проведені радянською станцією Луна-1. Спостереження проводилися за допомогою сцинціляційного лічильника і газового іонізаційного детектора. Три роки через такі ж виміри були проведені американськими ученими на борту станції Марінер-2.

Проте, прискорення вітру до високих швидкостей ще не зрозуміло і не могло бути пояснено з теорії Паркера. Перші чисельні моделі сонячного вітру в короні з використанням рівнянь магнітної гідродинаміки були створені Пневманом і Кноппом (англ. Pneuman and Knopp) в 1971 р.

В кінці 90х за допомогою Ультрафіолетового коронального спектрометра (англ. Ultraviolet Coronal Spectrometer (UVCS)) на борту супутника SOHO були проведені спостереження областей виникнення швидкого сонячного вітру на сонячних полюсах. Виявилось, що прискорення вітру багато більше, ніж передбачалося, виходячи з чисто термодинамічного розширення. Модель Паркера передбачала, що швидкість вітру стає надзвуковою на висоті 4 радіусів Сонця від фотосфери, а спостереження показали що цей перехід відбувається істотно нижче, приблизно на висоті 1 радіусу Сонця, підтверджуючи, що існує додатковий механізм прискорення сонячного вітру.

Характеристики

Із-за сонячного вітру Сонце втрачає щомиті біля одного мільйона тонн речовини. Сонячний вітер складається в основному з електронів, протонів і ядер гелію (альфа-часток); ядра інших елементів і неіонізованих часток (електрично нейтральних) містяться в дуже незначній кількості.

Хоча сонячний вітер виходить із зовнішнього шару Сонця, він не відображає реального складу елементів в цьому шарі, оскільки в результаті процесів диференціації вміст деяких елементів збільшується, а деяких -- зменшується (FIP-ефект).

Інтенсивність сонячного вітру залежить від змін сонячній активності і його джерел. Залежно від швидкості, потоки сонячного вітру діляться на два класи: повільні (приблизно 300-400 км/с біля орбіти Землі) і швидкі (600-700 км/с біля орбіти Землі).

Існують і спорадичні високошвидкісні (до 1200 км/с) короткочасні потоки.

Таблиця 4.1

Параметри сонячного вітру

Параметр	Середня величина	Повільний сонячний вітер	Швидкий сонячний вітер
Щільність n, см-3	8,8	11,9	3,9
Швидкість V, км/с	468	327	702
nV, см-2 · с-1	3,8·108	3,9·108	2,7·108
Темп. протонів Tp, До	7·104	3,4·104	2,3·105
Темп. електронів Te, До	1,4·105	1,3·105	1,0·105
Te / Tp	1,9	4,4	0,45

Повільний сонячний вітер

Повільний сонячний вітер породжується «спокійною» частиною сонячної корони при її газодинамічному розширенні: при температурі корони близько 2 - 106 С корона не може знаходиться в умовах гідростатичної рівноваги, і це розширення за наявних граничних умов повинне наводити до розгону корональної речовини до надзвукових швидкостей. Нагрів сонячної корони до таких температур відбувається унаслідок конвективної природи теплопереносу у фотосфері сонця: розвиток конвективної турбулентності в плазмі супроводиться генерацією інтенсивних магнітозвукових хвиль; у свою чергу при поширенні у напрямі зменшення щільності сонячної атмосфери звукові хвилі трансформуються в ударні; ударні хвилі ефективно поглинаються речовиною корони і розігрівають її до температури 1 -- 106 С.

Швидкий сонячний вітер

Потоки рекурентного швидкого сонячного вітру випускаються Сонцем протягом декількох місяців і мають період повторюваності при спостереженнях із Землі в 27 діб (період обертання Сонця). Ці потоки асоційовані з корональними дірами -- областями корони з відносно низькою температурою (приблизно 0,8 ? 106 С), зниженою щільністю плазми (всього чверть щільності спокійних областей корони) і радіальним по відношенню до Сонця магнітним полем.

Високошвидкісні потоки

Спорадичні потоки при русі в просторі, заповненому плазмою повільного сонячного вітру ущільнюють плазму перед своїм фронтом, утворюючи рухому разом з ним ударну хвилю. Раніше передбачалося, що такі потоки викликаються сонячними спалахами, проте в даний час (2005 р.) вважається, що спорадичні високошвидкісні потоки в сонячному вітрі обумовлені корональними викидами. В той же час слід зазначити, що і сонячні спалахи, і корональні викиди пов'язані з одними і тими ж активними областями на Сонці і між ними існує статистична залежність.

Феномени, що породжуються сонячним вітром

Сонячний вітер утворює геліосферу, завдяки чому перешкоджає проникненню міжзоряного газу в Сонячну систему.

Сонячний вітер породжує на планетах Сонячної системи, що володіють магнітним полем, такі явища, як полярні сяйва і радіаційні пояси планет.

Неоднорідність потоків сонячного вітру (далеко від планет) породжує міжпланетне магнітне поле.

Сонячний вітер і тиск світла

Часто люди плутають сонячний вітер (потік часток: протонів, електронів і т.і) з ефектом тиску сонячного світла (потік фотонів). Частково це пов'язано з проектами використання сонячних вітрил: здається природним, що сонячне вітрило повинне надуватися сонячним вітром; насправді тиск сонячного світла в декілька тисяч разів перевищує тиск сонячного вітру. Хвости комет, завжди направлені в протилежну сторону від Сонця, також утворюються за рахунок тиску світла, а не за рахунок сонячного вітру.

4.2 Опис руху частинок

Початок нинішньої аномалії випав на кінець жовтня. 28 чисел астрономи зафіксували перший потужний спалах, класифікований як X17 (наймогутніші сонячні викиди за всю історію спостережень, зафіксовані в 1989 і 2001 роках, отримали індекс Х20). Через добу, коли сонячна «посилка» досягла Землі, світило завдало ще одного удару. Але все це виявилося лише артпідготовкою перед вирішальним настанням -- 4 листопада сталося найпотужніше (X28) виверження із занесених в астрономічні аннали. Американський супутник GOES, реєструючий інтенсивність випромінювання Сонця, навіть «осліпнув» на 11 хвилин.

Для тих, що бажають постежити за тим, що відбувається на Сонці в реальному часі співробітники NASA відкрили спеціальну сторіночку sohowww.nascom.nasa.gov/data/realtime-images.html. Втім, для жителів північних областей сонячні аномалії такого масштабу зазвичай доступні для спостереження і в «офлайновому» режимі: частки, що вторглися в межі земної атмосфери, багато разів підсилюють інтенсивність полярних сяйв. Так, споглядати нинішнє «сонячне шоу» цього разу довелося мільйонам жителів областей, вельми далеких від полярного круга: у Штатах грандіозне свічення спостерігалося навіть в південному Колорадо. Чудовий вигляд спостерігався і в околицях Нью-Йорка. Правда, самим городянам не повезло: «вогні великого міста» затьмарювали небесну картинку, так що багато жителів «столиці світу», ймовірно, пошкодували, що серпневий «блекаут» випав не на цих прикрашених північним сяянням ночі.

Правда, енергетикам і зв'язківцям нині не до небесної краси: гнів Яріли не проходить безслідно для комунікацій, виводячи з ладу супутники зв'язку, викликаючи перешкоди на лініях, а також негативно позначаючись на роботі енергетичних служб. У 1989 році куди слабкіша, ніж тепер, спалах на Сонці викликав ступор в канадських енергомережах, залишивши без світла мільйони громадян країни. За традицією, особливий привіт в ці дні Сонце передає власникам стільникових телефонів, пейджерів і GPS. Не обійшлося без аварій і цього разу: головними жертвами минулих сонячних атак стала пара тих, що вийшли з буд на декілька годинників японських супутників. Не повезло і жителям півночі Швеції, на декілька днів що позбувся електроенергії і авіасполучення із зовнішнім світом.

Окрім міріадів заряджених часток, Сонце бомбардує Землю потоками рентгенівського випромінювання. Найгірше в цій ситуації припало російському і американському космонавтам, що знаходяться на борту міжнародної космічної станції. Позбавлені надійного прикриття земної атмосфери космонавти були вимушені по декілька годин на добу проводити в спеціальних захисних саркофагах для захисту від надлишкової радіації. Ситуація посилюється тим, що високоточні бортові радіаційні монітори вийшли з буд (надії на їх відновлення поховала недавня катастрофа шатлу Columbia), так що героям космосу нині доводиться довіряти куди менш точним портативним приладам.

На щастя, самі песимістичні передбачення не збулися: глобальних технічних катаклізмів удалося уникнути, не в останню чергу -- завдяки прогресу системи прогнозування сонячних бурь. Величезну роль в нинішній «сонячній кампанії» зіграв запущений NASA спільно з Європейським космічним агентством орбітальний дослідницький модуль SOHO (Solar and Heliospheric Observatory), що цілодобово збирає інформацію про «самопочуття» грізного світила. Провідний співробітник Гарвардського центру астрофізики Джон Коль (John Kohl) навіть порівняв нинішній «шторм» з прибулим за розкладом поїздом. Втім, багато його колег не настільки категоричні -- наприклад, співробітник центру космічних досліджень NASA в Меріленде Ліг Брекке (Paal Brekke) нарікає на те, що сучасний рівень знань доки явно недостатній для передбачення мірі інтенсивності сонячних спалахів.

Втім, «не наукою єдиною» живі в ці дні дослідники: так, ветерана NASA, астрофізика з Айови Дона Гарнетта (Don Gurnett) в ці грізні дні відвідала композиторська муза. Зібравши результати вимірів сонячної активності за останні декілька декад, отриманих дослідницьким зондом Cassini, що прямує до Сатурну, самодіяльний «звукорежисер» поклав їх на музику. Свій новоспечений опус «співець космосу» з 40-річним стажем виклав в загальне користування на сайті www-pw.physics.uiowa.edu/ space-audio.

Як відомо, зміна сонячній активності в середньому підкоряється 11-річному циклу. Останній пік «за розкладом» припав на 2000 рік, після чого був відмічений близький по інтенсивності «рецидив» в 2002 році (до речі, аналогічний двогорбий пік активності стався і на максимумі попереднього циклу в 1989-1991 роках). Нинішній «третій зубець» явно випадає із звичної картини. Втім, як передбачають європейські астрофізики, це ще не кульмінація, і «казка буде попереду». Судячи по проведеному ними аналізу, середньорічне число плям, спостережуваних на поверхні Сонця останніми роками, не має аналогів за всю трьохвікову історію спостережень.

4.3 Результати комп`ютерного моделювання

Сучасні експериментальні дані, серед яких визначальне значення мають ряди вимірів потоків часток на супутниках, дозволили встановити ряд закономірностей, що відносяться до сонячних космічних променів (СКП). На основі цих закономірностей була розроблена імовірнісна модель потоків часток. Ця модель не лише є основою для визначення радіаційних умов при космічних польотах і колізій космічної погоди, але і дозволяє передбачати такі ситуації, як появи екстремальні події СКП в період спокійного Сонця в 2005-2006 рр.

Поява в околицях Землі високоенергічниых часток сонячного походження - сонячних космічних променів (СКП) - є для нас звичним явищем, яке, проте, підкоряється сповна конкретним закономірностям. Зрозуміти ці закономерності дозволяє аналіз експериментальних даних. При цьому поважно врахувати дві обставини. По-перше, що експериментальним даним властиві не лише статистичні, але і систематичні помилки. По-друге, що аналіз є лише тоді ефективним, коли він базується на коректної методології дослідження, властивої характеру досліджуваного явища.

Порушення цих засадничих принципів дослідження привело до того, що має місце цілий ряд нічим не обгрунтованих міфів, пов'язаних з появою подій СКП.

Наприклад, міфи про те, що великі події СКП з'являються найчастіше до і після активної фази сонячного циклу і що є тенденція великим подіям СКП з'являтися через 2-4 р. після максимуму сонячної активності (СА).

У багатьох роботах по аналізу частоти появи подій СКП користувалися річними інтервалами, відчитувані або від максимуму, або від мінімуму циклу СА. Такий метод представляється помилковим, оскільки в одні і ті ж вибрані інтервали часу в різні сонячні цикли потрапляють роки з абсолютно різним рівнем СА. Внаслідок цього при вибраній методиці пошук якої-небудь однозначної залежності частоти появи подій СКП від рівня СА неможливий.

Метод і основні результати аналізу

У наших роботах кожна подія СКП, згідно моменту появи, зіставлялася із згладженим числом сонячних плям на відповідну добу (мал. 4.2).

Мал. 4.2 Хід зміни рівня СА на спаді 23 цикли -плавная лінія (ліва вісь ординат); моменти і величина пікових потоків протонів СКП (права вісь ординат). Горизонтальна лінія - рівень W=40 - розділяє періоди активного і спокійного Сонця.

Після цього підсумовувалися події СКП, що відносять до одного і тому ж вибраного інтервалу СА, і кількість подій в інтервалі була поділена на сумарний час, протягом которого рівень СА знаходився в цьому інтервалі. У результаті середня частота подій СКП <у>=<n>/t виявилася пропорційній величині згладжених чисел сонячних плям <W>:

<v(>F) >=К(<F) <W> (1)

При цьому величина коефіцієнта До (>F) залежить від вибраної порогової величини F сукупності подій СКП.

Отже, перша закономірність свідчить, що середня частота подій СКП пропорційна рівню сонячної активності. Іншими словами, середня кількість подій СКП, яке з'являється за заданий період часу, пропорційно сумі місячних (або річних) чисел сонячних плям за цей же період часу.

Друга закономірність відноситься до функцій розподілів подій СКП по їх величині. Функція розподілу - це залежність частоти событий величиною V (>F) від величини подій F. Оказується, що функції розподілу подій инвариантны по відношенню до сонячної активності. На мал. 4.3 приведені функції розподілу для різних рівнів (періодів) СА. Якщо поділити частоту vW (>F) на величину сонячної активності W, отримаємо (мал. 4.4)

37

37

vW (>F) /W= Кw (>F) (2)

Як видно з мал. 4,4 нормовані до сонячної активності функції розподіли Кw (>F) в межах статистичних помилок збігаються для всіх рівнів (W) СА. Невелика розбіжність Кw (>F) в області малих подій, швидше за все, обумовлена методичними помилками визначення частоти невеликих подій в період великої сонячної активності, коли потоки часток подій різної величини інколи накладаються один на одного так, що маленьких подій не видно. Проте для нас важливий збіг функції в області великих подій СКП. Це означає, що доля екстремальних явищ при всіх рівнях сонячної активності однакова і при низькій сонячній активності вона та ж, що і при високій. Тобто при малій сонячній активності сповна вірогідна поява навіть екстремально великих подій СКП.

До такого виводу ми прийшли вже в 1999 р.. Надалі нами була розроблена модель потоків часток СКП, в якій були встановлені величини вірогідності появи екстремальних подій в період будь-який, у тому числі і малою, сонячною активності. Одна з версій моделі в 2001 р. стала Державним стандартом Росії.

Розглянемо окремий випадок - вірогідність появлення різних флюенсів в роки, в які середня кількість сонячних плям дорівнювала 17. Це роки 1995 і 2006. На мал. 4.6 приведені величини річних флюенсів сонячних подій так, як вони були виміряні на супутниках GOES-8 і GOES-11, а також передбачені моделлю диференціальні енергетичні спектри флюенсів, перевищення яких при даній СА очікувалося з вероятністю 0.9; 0.5; 0.1 і 0.01. З порівняння експерііментальних даних з модельними оцінками витікає, що перевищення тих, що з'явилися в 1995 р. флюенсів очікувалося з вірогідністю біля 0.7; а зявившихся 2006 р. - з вірогідністю 0.1. Це означае, що при подібному рівні СА (<W>=17) лише в одному році з 10 очікуються флюенси, зарегістровані в 2006 р. Це не є чим-небудь винятковим.

Так само, як періоди максимуму і мінімуму СА, нічим не відрізняються один від одного і фази зростання і зниження СА.

Мал. 4. Річні флюенсы, виміряні на супутниках GOES (ламані лінії) в 1995 і 2006 рр. і обчислені по моделі енергетичні спектри річних флюенсов протонів, перевищення яких очікувалося 0.9; 0.5; 0.1 і 0.01 в роки з середнім числом плям <W> = 17.

Показана неспроможність міфу про появу великих подій СКП в роки, передуючі і подальші за максимумом СА [5-8], і помилковість припущення про допустимість зневаги потоками часток в моделях СКП в так звані роки спокійного Сонця.