1 Солнце и солнечная активность С. А. Красоткин 1, Э. В. Кононович 2



страница10/18
Дата22.06.2019
Размер1.08 Mb.
ТипГлава
1   ...   6   7   8   9   10   11   12   13   ...   18

4.5 Хромосфера


В фотосфере плотность вещества быстро уменьшается с высотой. Внешние слои солнечной атмосферы оказываются разреженными еще сильнее, чем фотосфера. В наружних слоях фотосферы, где плотность становится меньше 10-8 г/см3, температура достигает значений ниже 4400 К вплоть до минимальной для всей солнечной атмосферы величины около 4200 К. Выше уровня оптической глубины <10-4 температура снова начинает возрастать. Сначала происходит медленный рост температуры до нескольких десятков тысяч кельвинов, сопровождающийся ионизацией водорода, а затем и гелия. Эта часть солнечной атмосферы называется хромосферой – сферой цвета (см. рис. 4.5.1).



Рисунок 4.5.1. Схематический разрез Солнца и его атмосферы

В верхних слоях хромосферы, где плотность падает до 10-14 – 10-15 г/см3, т.е. в каждом кубическом сантиметре находится не более 109 атомов, происходит еще одно, на этот раз весьма резкое, увеличение температуры – примерно до миллиона кельвинов. Здесь на расстоянии 2 – 3 тыс. км от фотосферы (3∙10-3 RС) начинается самая внешняя и наиболее разреженная часть атмосферы Солнца, называемая солнечной короной. Причиной столь сильного разогрева самых внешних слоев солнечной атмосферы является, по-видимому, энергия акустических (звуковых) волн, которые возбуждаются подфотосферной турбулентной конвекцией. При распространении вверх, в слои с меньшей плотностью, эти волны сильно увеличивают свою амплитуду и превращаются в ударные волны. Ударные волны отличаются от звуковых очень резким перепадом температуры, давления и плотности газа в волне по сравнению с невозмущенной средой. Происходит это потому, что в области сжатия в звуковой волне растут температура и плотность, а следовательно, и скорость распространения звука. Из-за этого волны с большой амплитудой существенно изменяют свою структуру: в области сжатия гребень одной волны наступает на впереди идущую волну, и в итоге образуется резкая граница с примыкающей невозмущенной областью – крутой фронт ударной волны. В области фронта ударной волны часть ее энергии (примерно половина) может непосредственно передаваться отдельным частицам, т.е. переходить в энергию их хаотических тепловых движений. В результате диссипации, которая особенно сильно происходит в хромосфере и короне, их температура увеличивается, причем в хромосфере до 10 – 30 тысяч кельвинов, а в короне до миллиона кельвинов. Практически всюду на Солнце присутствуют магнитные поля, как правило, достаточно слабые (с напряженностью в несколько эрстед). В некоторых областях, называемых активными, они усиливаются до сотен и тысяч эрстед. В магнитном поле распространение волн значительно усложняется, а превращение волн малой амплитуды в ударные происходит быстрее. Фактически при наличии магнитного поля возникают колебания нескольких типов, из которых наибольшей интерес представляют поперечные колебания намагниченного вещества, распространяющиеся вдоль силовых линий магнитного поля. Колебание происходит так, как если бы колебалась сама силовая линия. Эти волны называются волнами Альвена. Их роль также велика в нагревании верхних слоев солнечной атмосферы, особенно в активных областях.

Интегральная, т.е. по всему спектру, яркость хромосферы в сотни раз меньше, чем яркость фотосферы, хотя в центральных частях сильных линий интенсивность их излучения соизмерима. Фактически из-за большой непрозрачности в центре этих линий наблюдается уже не фотосфера, а вышележащие слои хромосферы. Поэтому для наблюдения хромосферы возможно применение специальных методов, позволяющих выделить слабое ее излучение из мощного потока фотосферной радиации в центральных частях наиболее сильных фраунгоферовых линий. Исторически впервые хромосфера наблюдалась вблизи второго и третьего контактов полных солнечных затмений. Как только Луна полностью закроет фотосферу, вблизи точки контакта вспыхивает блестящий розовый серп хромосферы. Ширина такого серпа дает непосредственное представление о протяженности хромосферы, превышающей 10'', а в линейной мере – несколько тясяч километров. Хромосфера имеет эмиссионный спектр, состоящий из ярких линий. При наблюдении кажется, что они вспыхивают в момент наступления полной фазы затмения. По этой причине спектр хромосферы был назван спектром вспышки. Этот спектр очень похож на спектр Солнца, в котором все линии поглощения заменены на линии излучения, а непрерывный спектр почти отсутствует. Однако в спектре хромосферы линии ионизованных элементов сильнее, чем в спектре фотосферы. Очень сильны в нем также линии гелия, по которым этот элемент и был открыт впервые на Солнце, поскольку в фраунгоферовом спектре они практически не видны. Эти особенности спектра свидетельствуют о росте температуры с высотой в хромосфере. Наиболее интенсивны в спектре хромосферы линии ионизованного кальция, водорода и гелия, в которых хромосфера непрозрачна, в то время как для видимого непрерывного излучения она практически полностью прозрачна. Следовательно, в центральных частях сильных фраунгоферовых линий мы наблюдаем на диске Солнца излучение не фотосферы, а хромосферы. Это обстоятельство лежит в основе важного метода изучения хромосферы: тем или иным путем выделяется очень узкий участок спектра, соответствующий центральной части какой-либо линии (чаще всего Hα водорода или К ионизованного кальция), и Солнце фотографируется в этих лучах. Поскольку к излучению в центральных частях этих линий хромосфера непрозрачна, все наблюдаемые на такой фотографии детали изображения принадлежат хромосфере.

Наблюдая излучение фраунгоферовых линий, можно изучать слои солнечной атмосферы, находящиеся на различной глубине. Чем меньше коэффициент поглощения, т.е. чем прозрачнее вещество, тем более глубокие слои мы можем наблюдать. В спектральных линиях поглощение уменьшается по мере удаления от центра линии. Поэтому в крыльях линий, а также в центральных частях слабых линий можно наблюдать различные по высоте уровни фотосферы, в то время как центральные части сильных линий позволяют изучать хромосферу. При изучении фотографий хромосферы прежде всего обращает на себя внимание ее неоднородная структура, значительно резче выраженная, чем грануляция в фотосфере. Наиболее мелкие структурные образования в хромосфере называются спикулами. Они имеют продолговатую форму, причем вытянуты преимущественно в радиальном направлении. Длина их составляет несколько тысяч километров, а толщина – около одной тысячи километров. Со скоростями в несколько десятков километров в секунду спикулы поднимаются из хромосферы в корону и растворяются в ней. Таким образом, через спикулы происходит обмен веществом между хромосферой и вышележащей короной. Корональное вещество также может опускаться в хромосферу. Спикулы, в свою очередь, образуют более крупную структуру, называемую хромосферной сеткой. Хромосферная сетка лучше всего прослеживается по водородным или кальциевым фильтрограммам Солнца. Она состоит из отдельных ячеек размером от 30 до 60 тыс. км. Границы ячеек хромосферной сетки образованы скоплениями тонкоструктурных элементов, ярких на кальциевых фильтрограммах и в основном темных на водородных. Еще контрастнее сетка видна на фотографиях в сильных линиях в далекой ультрафиолетовой части спектра, например, в резонансной линии λ=304Å ионизованного гелия

В табл. 4.5.1 приведены результаты расчетов, позволяющие получить более конкретные данные о физических условиях в солнечной атмосфере. В первом столбце этой таблицы – оптическая глубина атмосферы, измеренная для излучения с длиной волны 500 нм, во втором – температура в кельвинах. Затем два столбца логарифмов концентрации всех частиц в 1 см3 (практически это концентрация водорода и свободных электронов) и только свободных электронов. В двух последних столбцах приведены логарифм плотности, выраженной в г/см3, и геометрическая высота над уровнем фотосферы, где τ5000=1, измеренная в км.

Хромосферная сетка совпадает с характерным полем скоростей, определенным по эффекту Доплера на основании фильтрограмм, полученных в синем и красном крыльях какой-либо сильной фраунгоферовой линии. Движущиеся детали на таких фильтрограммах выглядят по-разному в зависимости от направления и скорости движения. Сравнение фильтрограмм позволяет найти распределение лучевых скоростей газа по изображению. Оказалось, что внутри ячеек хромосферной сетки газ поднимается и растекается к границам, а на самых границах он опускается. Эта структура движений была названа супергрануляцией, поскольку она является следствием крупномасштабных конвективных движений, затрагивающих глубокие слои конвективной зоны.




τ5000

T, K

lg(nH + ne), см-3

lg ne, см-3

lg ρ, г/см3

h, км

Фотосфера

20

10



5

2

1.0



0.5

0.2


0.1

10-2

10-3

9200


8650

8100


7120

6430


5920

5410


5140

4640


4370

17.2


17.2

17.2


17.2

17.2


17.1

17.0


16.8

16.3


15.8

15.5


15.3

14.9


14.3

13.8


13.4

12.9


12.7

12.1


11.6

-6.4


-6.4

-6.3


-6.4

-6.5


-6.5

-6.7


-6.8

-7.4


-7.9

-88


-72

-56


-27

0

36



91

136


278

420


Температурный минимум

10-4



4180


15.2


11.0


-8.4


560


Хромосфера

10-5

10-6

10-7

10-8

5280


7150

8400


9000

14.0


11.6

11.1


11.0

10.9


10.8

10.5


10.5

-9.6


-12.0

-12.5


-12.6

840


1580

1900


2000

Переходный слой

11000


100000

470000


10.8


10.1

9.3


10.5


9.8

9.0


-12.8


-13.5

-14.3


2200


2300

2400


Корона

1200000

8.1

7.8

-15.5

140000

Таблица 4.5.1. Модель солнечной атмосферы


Каталог: model
model -> Общие положения 1Назначение Модели угроз 8
model -> Проект ниох со ран «Фундаментальные основы создания органических и гибридных наноструктурированных материалов для фотоники, сенсорики, электроники»
model -> Изложение двигатель, коробка передач и полный привод Ходовая часть нового Porsche Cayenne 14
model -> Материалы и инструменты
model -> Деятельности музея муниципального образования ульяновской области
model -> Масштабные изменения в структуре нашего общества привели к увеличению количества проблем воспитания детей во многих семьях, вследствие чего возникает острая необходимость в пересмотре системы воспитания детей в целом, а именно


Поделитесь с Вашими друзьями:
1   ...   6   7   8   9   10   11   12   13   ...   18


База данных защищена авторским правом ©vossta.ru 2019
обратиться к администрации

    Главная страница