Солнечные вспышки – самый мощный процесс энерговыделения в Солнечной системе.

Огромное число энергичных заряженных частиц в короткое время буквально заполняют собой не только окружающее межпланетное пространство, но и верхнюю атмосферу Земли. Именно эти частицы являются одной из главных причин выхода из строя космических аппаратов. Им же мы обязаны таким красивейшим явлением, как полярные сияния. Мало кто знает, что ускорение солнечных частиц все еще далеко от понимания. Вот что рассказывает об этом главный научный сотрудник Лаборатории рентгеновской астрономии Солнца ФИАН, Богач
ёв.
Механизм солнечных вспышек в настоящее время, в целом, понятен. Вспышка – это взрыв электрической природы, когда исполинские токи, текущие в плазме солнечной короны, становятся неустойчивыми и в короткое время «сгорают».
Огромная энергия, которая высвобождается при этом, превращается в тепло, выбросы вещества и в энергию большого числа очень энергичных частиц. Значительная доля этих частиц сразу же гибнет, врезаясь в солнечную поверхность. Другая часть вырывается из солнечных объятий и начинает свое движение во всех доступных направлениях, осыпая «ударами» попадающиеся под руку космические аппараты и атмосферы планет. Следы таких бомбардировок (полярные сияния) наблюдаются в телескопы даже на полюсах Юпитера. Скорость же некоторых частиц так велика, что они могут посоревноваться даже с квантами света, приходя к Земле лишь на несколько десятков секунд позже, чем свет от вспышки.
Ускорение частиц происходит под действием электрического поля, однако некоторые его особенности все еще не имеют объяснения. Например, из опыта мы все знаем, что тяжелое тело разогнать до большой скорости намного тяжелее легкого тела. Но на Солнце все происходит наоборот: тяжелые частицы, протоны, приходят к Земле с энергией, которая в сотни и тысячи раз больше, чем энергия легких электронов. Удивление вызывает скорость процесса: энергия частиц увеличивается в десятки тысяч раз за времена менее 1 секунды.
Также много непонятного наблюдается и в более тонких вещах, которые обсуждаются только специалистами, например в спектре ускоренных частиц , в химическом и изотопном составе и других характеристиках. Все это будоражит мысль и стимулирует к появлению новых теорий.
Вот одна из таких теорий – ускорение частиц электрическими полями представляет собой лишь первый этап ускорения. После его завершения частицы не сразу попадают в межпланетное пространство, а некоторое время подвергаются дополнительному ускорению еще одним, неизвестным механизмом, который и придаем им такие необычные свойства. Таким механизмом может быть захват частиц в так называемые магнитные ловушки.
Представление о коллапсирующих магнитных ловушках впервые появилось в физике Солнца в 1997 г. Японский и российский ученые попытались таким способом разрешить не одну, а сразу две загадки Солнца. Первая – уже упомянутые выше не вполне понятные свойства ускоренных во вспышках частиц. Вторая – регистрация во время вспышек очень ярких источников рентгеновского излучения – совершенно непонятное на тот момент явление, которое было открыто лишь за 3 года до этого.
Оказалось, что конфигурация магнитного поля в области солнечных вспышек очень похожа на конфигурацию в так называемых магнитных ловушках, широко используемых в земных лабораториях для удержания частиц и плазмы. Такая ловушка похожа на обычную бутылку, но имеющую вместо дна второе горлышко. Центральная часть в такой бутылке широкая, а на концах — более узкие части. В этой центральной части и могут на длительное время захватываться заряженные частицы, а горлышки играют роль магнитных зеркал, запирающих частицы внутри. Такие запертые на длительное время частицы, способны сформировать очень яркий источник рентгеновского излучения.
У ловушки обнаружилась еще одна замечательная особенность. Оказалось, что такая конфигурация должна сжиматься во время вспышки, уменьшая свой внутренний объем «до нуля». Если объем, в котором удерживаются частицы, стремится к нулю, то энергия этих частиц будет стремиться к бесконечности. И здесь мы уже приходим к той самой проблеме ускорения частиц.
Ускорение частиц в ловушках, действительно, происходит именно так, что более тяжелые частицы уходят из ловушки с более высокой энергией, чем легкие. Особенно большой эта разница оказывается для частиц, движущихся со скоростями, близкими к скорости света. Так, для протона и электрона с одинаковой начальной энергией после ухода из ловушки отношение энергий может составлять от 10 до 100 раз в пользу протона.
Открытая модель магнитной ловушки, однако, отвечает далеко не на все вопросы физиков. Многие ученые полагают, что часть особенностей частиц, которые мы ловим здесь у Земли, вообще не имеет первопричин на Солнце, а приобретается частицами на их пути. С другой стороны, такое количество вопросов без ответов добавляет интереса к модели и дает надежду не новые открытия в изучении Солнца.