Наука крупным планом: Байкальская астрофизическая обсерватория на страже солнечной активности

Фото: https://pixabay.com

Мы продолжаем цикл материалов об Институте солнечно-земной физики СО РАН и все больше узнаем о Солнце, и все больше понимаем, сколько тайн и загадок оно от нас скрывает. В феврале мы опубликовали материал из лаборатории радиоастрофизических исследований ИСЗФ СО РАН о загадках Солнца, которые до сих пор остаются неразгаданными. Сегодня представляем интервью с руководителем Байкальской астрофизической обсерватории Александром Васильевичем Боровиком.

Наука крупным планом: Байкальская астрофизическая обсерватория на страже солнечной активности
Фото Евгения Козырева. Предоставлено ИСЗФ СО РАН

Александр Васильевич работает в обсерватории со времени её образования. Напомним, что в 2018 году ей исполнилось 40 лет. Все эти годы ученый исследует Солнце и говорит, что впереди человечество может ожидать еще масса открытий. Например, все мы много слышали о солнечных вспышках. Но в основном о крупных, оказывающих существенное влияние на радиационную обстановку в ближнем космосе, вызывающих глобальные геоэффективные процессы в земной атмосфере. Энергия таких вспышек огромна и может достигать 3 1032 эрг, что сопоставимо с энергией взрыва сотни тысяч атомных бомб.

Однако крупные вспышки события относительно редкие и происходят в основном в максимуме солнечной активности, когда на Солнце появляются большие сложные группы солнечных пятен. Более 90% всех происходящих на Солнце вспышек это малые вспышки, энергия которых по отношению к крупным в 1000 раз меньше (1029 эрг). Но даже малые вспышки по земным меркам события в высшей степени грандиозные. Хотя их площадь примерно в тринадцать раз меньше чем у крупных, она довольно внушительная – 300 млн. км2. Для сравнения: площадь поверхности нашей планеты всего 510 млн. км2 . Предполагается, что такие вспышки вносят существенный вклад в нагрев внешней оболочки атмосферы Солнца – солнечной короны, температура которой достигает миллиона градусов. Ниже короны в фотосфере она составляет всего 6000 градусов.

Чтобы понять и объяснить по возможности весь комплекс событий, сопровождающих вспышку, потребовались многолетние исследования с привлечением наблюдательных данных наземных и космических обсерваторий. В современном представлении солнечная вспышка − пространственное явление, охватывающая в процессе развития хромосферу Солнца и корону. Источником энергии является магнитное поле, сконцентрированное на поверхности в виде темных солнечных пятен и пор (активных областей). Вспышка возникает, когда всплывающий из-под фотосферы магнитный поток противоположной направленности взаимодействует с магнитным полем активной области. В результате слияния (пересоединения) магнитных полей происходит высвобождение свободной магнитной энергии, которая переходит в электромагнитное излучение, кинетическую энергию ускоренных частиц, тепловую энергию солнечной плазмы.

Продолжительность солнечных вспышек может составлять от нескольких минут до 12 часов и более. Как правило, все вспышки проходят две стадии развития: начальную (флэш-фазу) и главную (основную) фазу.

В течение флэш-фазы, которая может длиться от десятков секунд до десятков минут (в отдельных случаях в течение часа), яркость вспышки возрастает до максимального значения. В это время наблюдаются рентгеновское и гамма-излучение, микроволновые радиовсплески, излучение в хромосферных линиях, континууме, ультрафиолете и крайнем ультрафиолете.

Во второй фазе вспышка примерно в течение часа (в исключительных случаях в течение суток) постепенно гаснет.

В настоящее время наиболее разработанной моделью солнечной вспышки является модель CSHKP, объединяющая большинство наблюдательных и теоретических схем. Эта модель хорошо описывает завершающую фазу солнечной вспышки. Однако применимость этой модели к практически ненаблюдаемому и наиболее важному периоду первичного энерговыделения солнечных вспышек пока еще остается под вопросом.

Еще до конца непонятны процессы, протекающие в магнитном поле Солнца, в частности, механизмы перехода магнитной энергии в другие формы энергии, природа оптического излучения вспышек, механизмы ускорение частиц и др. Возможно, понять это уже дело ближайшего будущего.

Сейчас астрономы с нетерпением ждут сообщений с космической станции Parker Solar Probe, запущенной NASA в августе 2018 года. Зонд станет первым аппаратом, который приблизится к Солнцу на близкое расстояние (6,16 миллионов километров). Надеемся, что это позволит прояснить некоторые вопросы возникновения вспышек. Уже первые данные, полученные со станции, показали, что, возможно, придется пересмотреть некоторые вопросы физики Солнца, например, теорию солнечного ветра.

Александр Васильевич считает, что на некоторые вопросы также могут ответить малые солнечные вспышки, изучению которых до настоящего времени уделяется еще недостаточно внимания. Обычно их рассматривают как фоновые события, в отдельных случаях как явления, сопутствующие мощным вспышкам. Однако даже в качественных сопоставлениях малые вспышки показывают сходство с крупными вспышками. Как и крупные, они возникают на линиях раздела полярностей магнитного поля Солнца, появляются над тенью солнечных пятен, могут иметь взрывную фазу и неоднократные всплески интенсивности. Среди них встречаются двухленточные, внепятенные вспышки и редко наблюдаемые белые вспышки, сопровождаемые мощным жестким рентгеновским и микроволновым излучением. Малым вспышкам (как и крупным) предшествуют активизации солнечной хромосферы − волокон и тонкой структуры, пространственно связанных со вспышечной областью. Малые солнечные вспышки, также как и крупные, могут сопровождаться потоками протонов и рентгеновским излучением разной мощности, в том числе класса Х. Возможно, что крупные вспышки образуются малыми вспышками, но это пока еще не факт.

Вспышки изучают как в фундаментальных научных целях, так и в практических. Известно, что они влияют на Землю, известны циклы солнечной активности, и эти знания необходимы, в частности, для работ в космической отрасли, в запусках спутников и так далее. Некоторые ученые связывают активность Солнца и с глобальным потеплением. От солнечной активности, от циклов, зависит климат. Кроме того, изучение Солнца важно и для освоения околоземного пространства – полетов на Луну, например. Так что Иркутск, можно сказать, один из центров важной научной работы в мире. ИСЗФ обладает уникальными установками для изучения Солнца на территории Иркутской области и Бурятии.
Наука крупным планом: Байкальская астрофизическая обсерватория на страже солнечной активности

Байкальская астрофизическая обсерватория в Листвянке – немаловажное звено в этой цепи. В состав обсерватории входят Большой солнечный вакуумный телескоп, хромосферные телескопы полного диска Солнца на спектральные линии Hα и K Call, а также Солнечный телескоп оперативных прогнозов. Большой солнечный вакуумный телескоп – это сердце БАО и основной инструмент обсерватории. Телескоп представляет собой большое здание высотой 25 метров. Главный двухлинзовый объектив диаметром 760 мм помещен в вакуумную трубу, изолирующую оптический путь светового пучка от атмосферной турбулентности. Этот телескоп служит для фильтровых и спектральных наблюдений групп солнечных пятен для изучения их эволюции. Одним из основных объектов исследования также являются солнечные вспышки, изучение которых проводится с использованием ударной поляризации спектральных линий, вызываемой бомбардировкой хромосферы Солнца ускоренными энергичными частицами. Результаты используются для разработки методов прогнозирования активности Солнца. Такие исследования кроме БСВТ проводятся только на Франко-Итальянском телескопе THEMIS.

Комплекс хромосферных телескопов ведет мониторинг активности Солнца. В процессе ввода в эксплуатацию Солнечный синоптический телескоп (СОЛСИТ). Он уже установлен в Листвянке, но впереди кропотливая работа по наладке оборудования, запуску, на ввод может уйти до двух лет. Этот телескоп будет уникальным, так как сможет изучать Солнце, его магнитные поля и так называемые “линии шельфа”. Новые данные позволят исследовать связь активных областей с фоновыми магнитными полями, возникновение вспышек, временную эволюцию магнитных полей – все это связано с космической погодой, значение которой ощущается с каждым годом все больше и больше.

Каждый телескоп следит за Солнцем, делает снимки, которые потом расшифровываются, изучаются, сопоставляются и становятся необходимым инструментом для изучения звезды. Ведь для понимания некоторых явлений нужны тысячи снимков и годы наблюдений, чтобы можно было делать какие-то выводы.

Нельзя не сказать о том, что оборудование Байкальской обсерватории – это в основном собственные разработки института. Более того, оно используется и в других обсерваториях России, например, в Кисловодске и Уссурийске.
Наука крупным планом: Байкальская астрофизическая обсерватория на страже солнечной активности

Вообще ученые – это трудяги, говорит Александр Васильевич. Человек в науке может потратить всю жизнь на исследования, результаты которых, возможно, принесут свои плоды лишь в далеком будущем. К сожалению, ученых для работы в Байкальской обсерватории не хватает, молодые в науку не рвутся. Но для работы на таких обсерваториях нужны не только научные сотрудники, но также лаборанты, техники, инженеры. Кстати, на телескопах БАО работают, в частности, местные жители. И сам Александр Васильевич вот уже как 17 лет переехал из Иркутска в Листвянку, поближе к работе, которой отдал больше 40 лет.

Анастасия Украинская. “Иркутск Сегодня”

Похожие новости